La tennessina es un elemento químico sintético ; tiene símbolo Ts y número atómico 117. Es el segundo elemento más pesado conocido y el penúltimo elemento del séptimo período de la tabla periódica .
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 en 2024 [actualizar]. Uno de sus isótopos hijos fue creado directamente en 2011, lo que confirmó 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 (IUPAP), que evalúa las afirmaciones sobre el 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 ubicarse 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 tennessina sintetizados han durado decenas y cientos de milisegundos . En la tabla periódica, se espera que la tennessina sea miembro del grupo 17, los halógenos . [b] Algunas de sus propiedades pueden diferir significativamente de las de los halógenos más ligeros 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 . Sin embargo, 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.
Un núcleo atómico superpesado [c] se crea en una reacción nuclear que combina otros dos núcleos de tamaño desigual [d] en uno; En términos generales, cuanto más desiguales sean los dos núcleos en términos de masa, mayor será la posibilidad de que los dos reaccionen. [15] El material formado por los núcleos más pesados se convierte en un objetivo, que luego es bombardeado por el haz de núcleos más ligeros. Dos núcleos sólo pueden fusionarse en uno si se acercan lo suficiente entre sí; normalmente, los núcleos (todos cargados positivamente) se repelen entre sí debido a la repulsión electrostática . La interacción fuerte puede superar esta repulsión, pero sólo a una distancia muy corta de un núcleo; Por tanto, los núcleos del haz se aceleran mucho para que dicha repulsión sea insignificante en comparación con la velocidad del núcleo del haz. [16] La energía aplicada a los núcleos del haz para acelerarlos puede hacer que alcancen velocidades de hasta una décima parte de la velocidad de la luz . Sin embargo, si se aplica demasiada energía, el núcleo del haz puede desmoronarse. [dieciséis]
Acercarse lo suficiente por sí solo no es suficiente para que dos núcleos se fusionen: cuando dos núcleos se acercan, 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 formar un núcleo. núcleo único. [16] [17] Esto sucede porque durante el intento de formación de un solo núcleo, la repulsión electrostática desgarra el núcleo que se está formando. [16] Cada par de un objetivo y un haz se caracteriza por su sección transversal : la probabilidad de que se produzca la fusión si dos núcleos se acercan entre sí expresada en términos del área transversal que la partícula incidente debe chocar para que se produzca la fusión. . [e] Esta fusión puede ocurrir como resultado del efecto cuántico en el que los núcleos pueden hacer túneles a través de la repulsión electrostática. Si los dos núcleos pueden permanecer cerca durante esa fase, múltiples interacciones nucleares dan como resultado una redistribución de la energía y un equilibrio energético. [dieciséis]
La fusión resultante es un estado excitado [20] , denominado núcleo compuesto , y por tanto es muy inestable. [16] Para alcanzar un estado más estable, la fusión temporal puede fisionarse sin la formación de un núcleo más estable. [21] Alternativamente, el núcleo compuesto puede expulsar algunos neutrones , lo que se llevaría la energía de excitación; si este último no fuera suficiente para la expulsión de neutrones, la fusión produciría un rayo gamma . Esto sucede aproximadamente 10 -16 segundos después de la colisión nuclear inicial y da como resultado la creación de un núcleo más estable. [21] La definición del Grupo de Trabajo Conjunto (JWP) de la IUPAC/IUPAP establece que un elemento químico sólo puede reconocerse como descubierto si un núcleo del mismo no se ha desintegrado en 10 −14 segundos. Este valor se eligió como una estimación de cuánto tiempo le toma a un núcleo adquirir sus electrones externos y así mostrar sus propiedades químicas. [22] [f]
El rayo atraviesa el objetivo y llega a la siguiente cámara, el separador; si se produce un nuevo núcleo, este es transportado con este haz. [24] 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 el momento de la llegada. [24] La transferencia tarda unos 10 −6 segundos; Para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir tanto tiempo. [27] El núcleo se registra nuevamente una vez registrada su desintegración, y se miden la ubicación, la energía y el tiempo de la desintegración. [24]
La estabilidad de un núcleo es proporcionada por la interacción fuerte. Sin embargo, su alcance es muy corto; A medida que los núcleos crecen, su influencia sobre los nucleones más externos ( protones y neutrones) se debilita. Al mismo tiempo, el núcleo se desgarra por la repulsión electrostática entre protones y su alcance no está limitado. [28] La energía de enlace total proporcionada por la interacción fuerte aumenta linealmente con el número de nucleones, mientras que la repulsión electrostática aumenta con el cuadrado del número atómico, es decir, este último crece más rápido y se vuelve cada vez más importante para los núcleos pesados y superpesados. [29] [30] Por lo tanto, los núcleos superpesados se predicen teóricamente [31] y hasta ahora se ha observado [32] que se desintegran predominantemente a través de modos de desintegración causados por dicha repulsión: desintegración alfa y fisión espontánea . [h] Casi todos los emisores alfa tienen más de 210 nucleones, [34] y el nucleido más ligero que sufre principalmente fisión espontánea tiene 238. [35] En ambos modos de desintegración, las barreras de energía correspondientes para cada modo inhiben la desintegración de los núcleos , pero pueden ser atravesado por un túnel. [29] [30]
Las partículas alfa se producen comúnmente en desintegraciones radiactivas porque la masa de una partícula alfa por nucleón es lo suficientemente pequeña como para dejar algo de energía para que la partícula alfa se utilice como energía cinética para salir del núcleo. [37] La fisión espontánea es causada por la repulsión electrostática que desgarra el núcleo y produce varios núcleos en diferentes casos de fisión de núcleos idénticos. [30] A medida que aumenta el número atómico, la fisión espontánea rápidamente se vuelve más importante: las vidas medias parciales de la fisión espontánea disminuyen en 23 órdenes de magnitud desde el uranio (elemento 92) al nobelio (elemento 102), [38] y en 30 órdenes de magnitud del torio (elemento 90) al fermio (elemento 100). [39] El modelo anterior de gota de líquido sugería así que la fisión espontánea se produciría casi instantáneamente debido a la desaparición de la barrera de fisión para los núcleos con aproximadamente 280 nucleones. [30] [40] El modelo de capa nuclear posterior sugirió que los núcleos con alrededor de 300 nucleones formarían una isla de estabilidad en la que los núcleos serían más resistentes a la fisión espontánea y sufrirían principalmente desintegración alfa con vidas medias más largas. [30] [40] Descubrimientos posteriores sugirieron que la isla prevista podría estar más lejos de lo previsto originalmente; También demostraron que los núcleos intermedios entre los actínidos de larga vida y la isla predicha se deforman y obtienen estabilidad adicional debido a los efectos de las capas. [41] Los experimentos con núcleos superpesados más ligeros, [42] así como con aquellos más cercanos a la isla esperada, [38] han demostrado una estabilidad mayor de la prevista anteriormente contra la fisión espontánea, lo que muestra la importancia de los efectos de las capas en los núcleos. [i]
Las desintegraciones alfa son registradas por las partículas alfa emitidas, y los productos de 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 puede determinarse fácilmente. [j] (Que todas las desintegraciones dentro de una cadena de desintegración estuvieran efectivamente relacionadas entre sí se establece por la ubicación de estas desintegraciones, que deben estar en el mismo lugar). [24] El núcleo conocido puede reconocerse por las características específicas de la desintegración sufre como energía de desintegración (o más específicamente, la energía cinética de la partícula emitida). [k] Sin embargo, la fisión espontánea produce varios núcleos como productos, por lo que el nucleido original no puede determinarse a partir de sus hijos. [l]
La información de que disponen los físicos que desean sintetizar un elemento superpesado es, por tanto, la información recogida en los detectores: ubicación, energía y tiempo de llegada de una partícula al detector, así como de su desintegración. Los físicos analizan estos datos y tratan de concluir que efectivamente fue causado por un nuevo elemento y no podría haber sido causado por un nucleido diferente al afirmado. 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. [metro]En diciembre de 2004, el equipo del Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear (JINR) en Dubna , Óblast de Moscú , Rusia, propuso un experimento conjunto con el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) en Oak Ridge , Tennessee , Estados Unidos, para sintetizar el elemento 117, es decir, Pidió los 117 protones de su núcleo . Su propuesta implicaba fusionar un objetivo de berkelio (elemento 97) y un haz de calcio (elemento 20), realizado mediante bombardeo del objetivo de berkelio con núcleos de calcio: [53] esto completaría una serie de experimentos realizados en el JINR sobre la fusión de actínidos objetivos con un haz de calcio-48, que hasta ahora había producido los nuevos elementos 113 – 116 y 118 . El ORNL (entonces el único productor mundial de berkelio) no pudo proporcionar el elemento, ya que habían cesado temporalmente la producción [53] y reiniciarla sería demasiado costoso. [54] Los planes para sintetizar el elemento 117 fueron suspendidos a favor de la confirmación del elemento 118, que había sido producido a principios de 2002 bombardeando un objetivo de californio con calcio. [55] El berkelio-249 necesario es un subproducto de la producción de californio-252, y obtener la cantidad necesaria de berkelio era 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 una orden comercial de producción de californio, del cual se podría extraer berkelio. [54] [56]
El equipo JINR intentó utilizar berkelio porque el calcio-48 , el isótopo de calcio utilizado en el haz, tiene 20 protones y 28 neutrones, lo que genera una relación neutrón-protón de 1,4; y es el núcleo estable o casi estable más ligero con un exceso de neutrones tan grande. Gracias al exceso de neutrones, se esperaba que los núcleos resultantes fueran más pesados y más cercanos a la ansiada isla de estabilidad . [n] De los 117 protones previstos, el calcio tiene 20, por lo que fue necesario utilizar berkelio, que tiene 97 protones en su núcleo. [6]
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 previamente con JINR en el descubrimiento de los elementos 113-116 y 118, y Joseph Hamilton de la Universidad de Vanderbilt , colaborador de Oganessian. [58]
Hamilton comprobó si el reactor de alto flujo ORNL producía californio para un pedido comercial: el berkelio necesario se podía obtener como subproducto. Se enteró de que no era así y que no había expectativas de tal orden en el futuro inmediato. Hamilton siguió monitoreando la situación, haciendo comprobaciones de vez en cuando. (Más tarde, Oganessian se refirió a Hamilton como "el padre de 117" por realizar este trabajo) .
ORNL reanudó la producción de californio en la primavera de 2008. Hamilton notó el reinicio durante el verano y llegó a un acuerdo sobre la posterior extracción de berkelio [59] (el precio fue de unos 600.000 dólares). [60] Durante un simposio celebrado en septiembre de 2008 en la Universidad de Vanderbilt en Nashville , Tennessee, celebrando su 50º año en la facultad de Física, Hamilton presentó a Oganessian a James Roberto (entonces subdirector de ciencia y tecnología en ORNL). [61] Establecieron una colaboración entre JINR, ORNL y Vanderbilt. [56] Clarice Phelps fue parte del equipo de ORNL que colaboró con JINR; [62] Esto es particularmente notable porque por eso la IUPAC la reconoce como la primera mujer afroamericana involucrada en el descubrimiento de un elemento químico. [62] [63] [64] [65] Las eventuales instituciones colaboradoras también incluyeron la Universidad de Tennessee (Knoxville) , el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , el Instituto de Investigación de Reactores Avanzados (Rusia) y la Universidad de Nevada (Las Vegas). . [66]
En noviembre de 2008, el Departamento de Energía de Estados Unidos , que supervisaba el reactor de Oak Ridge , permitió el uso científico del berkelio extraído. [67]
La producción duró 250 días y finalizó a finales de diciembre de 2008, [68] dando como resultado 22 miligramos de berkelio, suficiente para realizar el experimento. [69] En enero de 2009, el berkelio fue retirado del reactor de isótopos de alto flujo de ORNL; [67] 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 tomó otros 90 días. [56] Su vida media es de sólo 330 días: esto significa que, pasado ese tiempo, la mitad del berkelio producido se habría descompuesto . Por esta razón, el objetivo de berkelio tuvo que ser transportado rápidamente a Rusia; Para que el experimento fuera viable, debía completarse dentro de los seis meses posteriores a su salida de Estados Unidos. [56] El objetivo fue empaquetado en cinco contenedores de plomo para ser trasladado en avión desde Nueva York a Moscú. [56] Los funcionarios de aduanas rusos se negaron dos veces a permitir que el objetivo ingresara al país debido a que faltaba documentación o estaba incompleta. En el transcurso de unos pocos días, el objetivo viajó sobre el Océano Atlántico cinco veces. [56] A su llegada a Rusia en junio de 2009, el berkelio fue inmediatamente transferido al Instituto de Investigación de Reactores Atómicos (RIAR) en Dimitrovgrad , Óblast de Ulyanovsk , donde fue depositado como una capa de 300 nanómetros de espesor sobre una película de titanio . [68] En julio de 2009, fue transportado a Dubna, [68] donde se instaló en el acelerador de partículas del JINR. [69] El haz de calcio-48 se generó extrayendo químicamente las pequeñas cantidades de calcio-48 presentes en el calcio natural, enriqueciéndolo 500 veces. [ cita necesaria ] Este trabajo se realizó en la ciudad cerrada de Lesnoy , Óblast de Sverdlovsk , Rusia. [67]
El experimento comenzó a finales de julio de 2009. [67] En enero de 2010, los científicos del Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares anunciaron internamente que habían detectado la desintegración de un nuevo elemento con número atómico 117 a través de dos cadenas de desintegración: una de tipo impar-impar. isótopo que sufre 6 desintegraciones alfa antes de la fisión espontánea , y uno de un isótopo par impar que sufre 3 desintegraciones alfa antes de la fisión. [70] Los datos obtenidos del experimento se enviaron al LLNL para su posterior análisis. [71] El 9 de abril de 2010, se publicó un informe oficial en la revista Physical Review Letters identificando los isótopos como 294 117 y 293 117, que demostraron tener 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. [72] Los isótopos se formaron de la siguiente manera: [73] [o]
Todos los isótopos hijos (productos de desintegración) del elemento 117 eran desconocidos hasta ahora; [73] por lo tanto, sus propiedades no pudieron usarse para confirmar la afirmación del descubrimiento. En 2011, cuando uno de los productos de desintegración ( 289 115) se sintetizó directamente, sus propiedades coincidieron con las medidas en la síntesis indirecta reivindicada a partir de la desintegración del elemento 117. [74] Los descubridores no presentaron ningún reclamo por sus hallazgos en 2007– 2011, cuando el Grupo de Trabajo Conjunto estaba revisando las afirmaciones de descubrimientos de nuevos elementos. [75]
El equipo de Dubna repitió el experimento en 2012, creando siete átomos del elemento 117 y confirmando su síntesis anterior del elemento 118 (producida después de un tiempo cuando una cantidad significativa del objetivo berkelio -249 había decaído beta a californio -249). Los resultados del experimento coincidieron con el resultado anterior; [8] Luego, los científicos presentaron una solicitud para registrar el elemento. [ cita necesaria ] En mayo de 2014, una colaboración conjunta germano-estadounidense de científicos del ORNL y el Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados en Darmstadt , Hessen , Alemania, afirmó haber confirmado el descubrimiento del elemento. [7] [76] El equipo repitió el experimento de Dubna utilizando el acelerador de Darmstadt, creando dos átomos del elemento 117. [7]
En diciembre de 2015, el JWP reconoció oficialmente el descubrimiento de 293 117 debido a la confirmación de las propiedades de su hija 289 115, [77] y, por lo tanto, los descubridores incluidos en la lista (JINR, LLNL y ORNL) tuvieron 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). [78]
En mayo de 2016, la Universidad de Lund ( Lund , Scania , Suecia) y GSI pusieron en duda la síntesis de los elementos 115 y 117. Las cadenas de desintegración asignadas a 289 115, el isótopo instrumental en la confirmación de las síntesis de los elementos 115 y 117, Según un nuevo método estadístico, se descubrió que eran demasiado diferentes para pertenecer al mismo nucleido con una probabilidad razonablemente alta. Se descubrió que las 293 117 cadenas de desintegración reportadas y 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 reclamado entre las cadenas de desintegración reportadas a partir de 293 117 y 289 115 probablemente no existió. (Por otro lado, se encontró que las cadenas del isótopo no aprobado 294 117 eran congruentes.) La multiplicidad de estados encontrada cuando los nucleidos que ni siquiera están 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. [79] [80]
El 8 de junio de 2017, dos miembros del equipo de Dubna publicaron un artículo en una revista respondiendo a estas críticas, analizando sus datos sobre los nucleidos 293 117 y 289 115 con métodos estadísticos ampliamente aceptados y señalaron que los estudios de 2016 que indicaban no congruencia producían resultados problemáticos cuando se aplicaban. a la desintegración radiactiva: excluyeron del intervalo de confianza del 90% tanto los tiempos de desintegración promedio como los extremos, 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 289 115 eran consistentes con el supuesto de que solo estaba presente un nucleido en cada paso de la cadena, aunque sería deseable poder medir directamente el número másico del nucleido originario. núcleo de cada cadena así como la función de excitación de la reacción 243 Am + 48 Ca. [81]
Utilizando la nomenclatura de Mendeleev para elementos sin nombre y no descubiertos , el elemento 117 debería conocerse como ecaastatina . Utilizando las recomendaciones de 1979 de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), el elemento se llamó temporalmente ununseptio (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. [82] Muchos científicos en el campo lo llamaron "elemento 117", con el símbolo E117 . (117) , o 117 . [3] Según las directrices de la IUPAC vigentes 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 tienen nombres que terminan en "-ine"; [83] sin embargo, las nuevas recomendaciones publicadas en 2016 recomendaban utilizar la terminación "-ine" para todos los elementos nuevos del grupo 17. [84]
Después de la síntesis original en 2010, Dawn Shaughnessy de LLNL y Oganessian declaró que la denominación era una cuestión delicada y que se evitaba en la medida de lo posible. [85] Sin embargo, Hamilton declaró ese año: "Fui crucial para reunir al grupo y conseguir el objetivo de 249 Bk esencial para el descubrimiento. Como resultado de eso, voy a poder nombrar el elemento. Puedo No te diré el nombre, pero traerá distinción a la región". [72] (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 llamaron a esto un tour de force, habían demostrado que podían hacerlo". [esto] sin margen de error. Bueno, pronto nombrarán el elemento 117". [86]
En marzo de 2016, el equipo descubridor acordó una conferencia telefónica en la que participaron representantes de las partes involucradas sobre el nombre "tennessine" para el elemento 117. [58] En junio de 2016, la IUPAC publicó una declaración indicando que los descubridores habían presentado sus sugerencias para nombrar el nuevo elementos 115, 117 y 118 a la IUPAC; la sugerencia para el elemento 117 fue tennessine , con un símbolo de Ts , después de "la región de Tennessee". [a] Los nombres sugeridos fueron recomendados para su aceptación por la División de Química Inorgánica de la IUPAC; La aceptación formal se produciría una vez transcurrido el plazo de cinco meses desde la publicación de la declaración. [87] En noviembre de 2016, los nombres, incluido Tennessine, fueron aceptados formalmente. Se rechazaron las preocupaciones de que el símbolo propuesto Ts pudiera chocar con una notación para el grupo tosilo utilizado en química orgánica, siguiendo los símbolos existentes que tienen significados duales: Ac ( actinio y acetilo ) y Pr ( praseodimio y propilo ). [88] La ceremonia de nombramiento de moscovium , tennessine y oganesson se celebró el 2 de marzo de 2017 en la Academia Rusa de Ciencias en Moscú ; En enero de 2017 se celebró una ceremonia separada solo para Tennessee en ORNL .
Aparte de las propiedades nucleares, no se han medido propiedades de la tennessina ni de sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y costosa [60] y al hecho de que se descompone muy rápidamente. Las propiedades de la tennessina siguen siendo desconocidas y sólo se dispone de predicciones.
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 inferiores a 30 horas. Ningún elemento con número atómico superior a 82 (después del plomo ) tiene isótopos estables. [90] Esto se debe a la repulsión de Coulomb cada vez mayor de los protones, de modo que la fuerza nuclear fuerte no puede mantener unido el núcleo contra la fisión espontánea por mucho tiempo. Los cálculos sugieren que, en ausencia de otros factores estabilizadores, no deberían existir elementos con más de 104 protones . [91] Sin embargo, los investigadores de 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 alcanzan miles o millones de años. Si bien los científicos aún no han llegado a la isla, la mera existencia de elementos superpesados (incluida la tennessina) confirma que este efecto estabilizador es real y, en general, los nucleidos superpesados conocidos adquieren una vida exponencialmente más larga a medida que se acercan a la ubicación prevista de la isla. [92] [93] La tennessina 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: los tiempos de vida previstos para 293 Ts y 294 Ts utilizados en el artículo de descubrimiento fueron 10 ms y 45 ms respectivamente, mientras que los tiempos de vida observados fueron 21 ms y 112 ms respectivamente. [73] El equipo de Dubna cree que la síntesis del elemento es una prueba experimental directa de la existencia de la isla de estabilidad. [94]
Se ha calculado que el isótopo 295 Ts tendría una vida media de aproximadamente 18 milisegundos , y puede ser posible producir este isótopo mediante la misma reacción de 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 T es, como máximo, una séptima parte de la probabilidad de producir 294 T. [27] [95] [96] Los cálculos que utilizan un modelo de túnel cuántico predicen la existencia de varios isótopos de tennessina hasta 303 Ts. Se espera que el más estable de ellos sea el 296 T con una vida media de desintegración alfa de 40 milisegundos. [97] Un estudio del modelo de gota de líquido sobre los isótopos del elemento muestra resultados similares; sugiere una tendencia general de estabilidad creciente para los 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. [98] 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 estuviera disponible. [99]
Se espera que Tennessine sea miembro del grupo 17 de la tabla periódica, 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 . [100] [p] Para el tennessine, al estar en el séptimo período (fila) de la tabla periódica, continuar la tendencia predeciría una configuración electrónica 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, descendiendo por el grupo 17, aumenta la metalicidad de los elementos; por ejemplo, el yodo ya presenta un brillo metálico en estado sólido y se espera que el astato sea un metal. [101] Como tal, una extrapolación basada en tendencias periódicas predeciría que la tennessina es un metal bastante volátil. [102]
Los cálculos han confirmado la exactitud de esta simple extrapolación, aunque la verificación experimental de esto es actualmente imposible porque las vidas medias de los isótopos de tennessina conocidos son demasiado cortas. [102] 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. [103] En los átomos de tennessina, 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. [104] La estabilización de los electrones 7s se denomina efecto del 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. [105] [q] Para muchos propósitos teóricos, la configuración electrónica de valencia se puede representar para reflejar la subcapa 7p dividida 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 ) están elevados, por lo que tienen una energía cercana a los de 7s, [104] aunque no hay niveles de electrones 6d. La química alguna vez se ha predicho para la tennessina. La diferencia entre los niveles 7p 1/2 y 7p 3/2 es anormalmente alta; 9,8 eV . [104] La subcapa dividida 6p de Astato es de sólo 3,8 eV, [104] y su química 6p 1/2 ya ha sido llamada "limitada". [106] 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 requerida para eliminar un electrón de un átomo neutro) será de 7,7 eV, menor que la de los halógenos, siguiendo nuevamente la tendencia. [3] Al igual que sus vecinos en la tabla periódica, se espera que la tennessina tenga la afinidad electrónica (energía liberada cuando se agrega un electrón al átomo) más baja de 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 tiene un solo electrón, Ts 116+ , se moverá tan rápidamente 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. [107] Extrapolaciones simples de las leyes de la relatividad indican una contracción del radio atómico . [107] Cálculos avanzados muestran que el radio de un átomo de tennessina que ha formado un enlace covalente sería de 165 pm , mientras que el de astato sería de 147 pm. [108] Una vez eliminados los siete electrones más externos, la tennessina es finalmente más pequeña; 57 pm [3] para tennessine y 61 pm [109] para astato.
Se desconocen los puntos de fusión y ebullición de la tennessina; artículos anteriores predijeron alrededor de 350–500 °C y 550 °C, respectivamente, [3] o 350–550 °C y 610 °C, respectivamente. [110] Estos valores superan los del astato y los halógenos más ligeros, siguiendo tendencias periódicas . Un artículo posterior predice que el punto de ebullición del tennessine será 345 °C [111] (el del astato se estima en 309 °C, [112] 337 °C, [113] o 370 °C, [114] aunque los valores experimentales de 230 °C [115] y 411 °C [109] ). Se espera que la densidad de la tennessina esté entre 7,1 y 7,3 g/cm 3 . [4]
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. [116] A diferencia de los elementos más ligeros del grupo 17, la tennessina puede no exhibir el comportamiento químico común a los halógenos. [9] 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 ( octeto ) en sus capas de valencia en lugar de siete. [117] Esta capacidad se debilita a medida que aumenta el peso atómico en 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 formen, se espera que -1 sea el menos común. [3] Se predice que el potencial de reducción estándar del par Ts/Ts − será −0,25 V; este valor es negativo, a diferencia de todos los halógenos más ligeros. [2]
Existe otra oportunidad para que la tennessina complete su octeto: formando un enlace covalente . Al igual que los halógenos, cuando dos átomos de tennessina se encuentran, se espera que formen un enlace Ts-Ts para dar una molécula diatómica . Estas moléculas suelen estar unidas mediante enlaces simples sigma 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 opuestas entre sí en lugar de estar ubicadas directamente entre los átomos que unen. Se ha calculado que el enlace sigma muestra un gran carácter antienlazante en la molécula At 2 y no es tan favorable energéticamente. Se prevé que Tennessine continuará la tendencia; Se debe observar un fuerte carácter pi en la unión de Ts 2 . [3] [118] Se predice que la molécula cloruro de tennessina (TsCl) llegará más lejos y estará unida con un enlace pi único. [118]
Aparte del estado inestable -1, 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 estable y medio llena; [3] el astato muestra efectos similares. [119] El estado +3 debería ser importante, nuevamente debido a los electrones 7p 3/2 desestabilizados . [110] Se predice que el estado +5 será poco común porque los electrones 7p 1/2 están estabilizados de manera opuesta. [3] No se ha demostrado que el estado +7, ni siquiera computacionalmente, sea alcanzable. Debido a que los electrones 7s están muy estabilizados, se ha planteado la hipótesis de que la tennessina tiene efectivamente sólo cinco electrones de valencia. [120]
El compuesto de tennessina más simple posible sería el monohidruro, TsH. Se espera que el enlace lo proporcionen 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. [121] Por lo tanto, el espinor 7p 3/2 desestabilizado (por lo tanto expandido) es responsable de la unión. [122] Este efecto alarga la molécula de TsH en 17 picómetros en comparación con la longitud total de 195 pm. [121] Dado que los enlaces de electrones tennessine p son dos tercios sigma, el enlace es sólo dos tercios de la fuerza que sería si el tennessine no presentara interacciones espín-órbita. [121] 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 electrones p 1/2 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 los TlT; sólo 1,67 D , [r] el valor positivo implica que la carga negativa está en el átomo de tennessina. Para los NhT, se predice que la fuerza de los efectos provocará una transferencia del electrón desde el átomo de tennessina al átomo de nihonio, con un valor del momento dipolar de −1,80 D. [124] La interacción espín-órbita aumenta la energía de disociación de los Molécula de TsF porque reduce la electronegatividad de la tennessina, haciendo que el enlace con el átomo de flúor, extremadamente electronegativo, tenga un carácter más iónico . [121] El monofluoruro de tennessina debería presentar el enlace más fuerte de todos los monofluoruros del grupo 17. [121]
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, denominado 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 tienen una geometría molecular en forma de T doblada. Predicciones más sofisticadas muestran que esta geometría molecular no sería energéticamente favorecida 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. [120] Se predice que la molécula TsF 3 se estabilizará significativamente mediante interacciones espín-órbita; una posible razón puede ser la gran diferencia de electronegatividad entre la tennessina y el flúor, lo que le da al enlace un carácter parcialmente iónico. [120]
Bloombergse invocó pero nunca se definió (consulte la página de ayuda ).Si se siguiera esta tendencia, el elemento 117 probablemente sería un metal bastante volátil.
Los cálculos totalmente relativistas coinciden con esta expectativa, aunque necesitan confirmación experimental.
