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Oganesón

El oganesón es un elemento químico sintético ; su símbolo es Og y su número atómico es 118. Fue sintetizado por primera vez en 2002 en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) en Dubna , cerca de Moscú, Rusia, por un equipo conjunto de científicos rusos y estadounidenses. En diciembre de 2015, fue reconocido como uno de los cuatro elementos nuevos por el Grupo de Trabajo Conjunto de los organismos científicos internacionales IUPAC e IUPAP . Fue nombrado formalmente el 28 de noviembre de 2016. [15] [16] El nombre honra al físico nuclear Yuri Oganessian , quien jugó un papel principal en el descubrimiento de los elementos más pesados ​​​​en la tabla periódica. Es uno de los dos únicos elementos nombrados en honor a una persona que estaba viva en el momento de su nombramiento, el otro es el seaborgio , y el único elemento cuyo epónimo está vivo a partir de 2024. [ 17] [a]

El oganesón tiene el número atómico más alto y la masa atómica más alta de todos los elementos conocidos a partir de 2024. En la tabla periódica de los elementos, es un elemento del bloque p , un miembro del grupo 18 y el último miembro del período 7. Su único isótopo conocido, el oganesón-294 , es altamente radiactivo , con una vida media de 0,7 ms y, a partir de 2020, solo se han producido con éxito cinco átomos. [19] Esto hasta ahora ha impedido cualquier estudio experimental de su química. Debido a los efectos relativistas , los estudios teóricos predicen que sería un sólido a temperatura ambiente y significativamente reactivo, [3] [19] a diferencia de los otros miembros del grupo 18 (los gases nobles ).

Introducción

Síntesis de núcleos superpesados

Una representación gráfica de una reacción de fusión nuclear.
Representación gráfica de una reacción de fusión nuclear . Dos núcleos se fusionan en uno y emiten un neutrón . Las reacciones que crearon nuevos elementos hasta ese momento eran similares, con la única posible diferencia de que a veces se liberaban varios neutrones singulares o ninguno.

Un núcleo atómico superpesado [b] se crea en una reacción nuclear que combina otros dos núcleos de tamaño desigual [c] en uno; aproximadamente, cuanto más desiguales sean los dos núcleos en términos de masa , mayor será la posibilidad de que los dos reaccionen. [25] 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 aproximan 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; los núcleos del haz se aceleran así en gran medida para que dicha repulsión sea insignificante en comparación con la velocidad del núcleo del haz. [26] La energía aplicada a los núcleos del haz para acelerarlos puede hacer que alcancen velocidades tan altas como una décima parte de la velocidad de la luz . Sin embargo, si se aplica demasiada energía, el núcleo del haz puede desmoronarse. [26]

El hecho de acercarse lo suficiente no es suficiente para que dos núcleos se fusionen: cuando dos núcleos se aproximan, suelen permanecer juntos durante unos 10 −20  segundos y luego se separan (no necesariamente en la misma composición que antes de la reacción) en lugar de formar un solo núcleo. [26] [27] Esto sucede porque durante el intento de formación de un solo núcleo, la repulsión electrostática desgarra el núcleo que se está formando. [26] 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 aproximan entre sí expresada en términos del área transversal que la partícula incidente debe golpear para que se produzca la fusión. [d] Esta fusión puede ocurrir como resultado del efecto cuántico en el que los núcleos pueden hacer un túnel a través de la repulsión electrostática. Si los dos núcleos pueden permanecer cerca después de esa fase, las interacciones nucleares múltiples dan como resultado una redistribución de energía y un equilibrio energético. [26]

La fusión resultante es un estado excitado [30] —denominado núcleo compuesto— y por lo tanto es muy inestable. [26] Para alcanzar un estado más estable, la fusión temporal puede fisionarse sin la formación de un núcleo más estable. [31] Alternativamente, el núcleo compuesto puede expulsar algunos neutrones , que se llevarían la energía de excitación; si esta última no es suficiente para una expulsión de neutrones, la fusión produciría un rayo gamma . Esto sucede en unos 10 −16  segundos después de la colisión nuclear inicial y da como resultado la creación de un núcleo más estable. [31] La definición del Grupo de Trabajo Conjunto IUPAC/IUPAP (JWP) establece que un elemento químico solo 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 tarda un núcleo en adquirir electrones y, por lo tanto, mostrar sus propiedades químicas. [32] [e]

Descomposición y detección

El haz pasa a través del objetivo y llega a la siguiente cámara, el separador; si se produce un nuevo núcleo, se transporta con este haz. [34] En el separador, el núcleo recién producido se separa de otros nucleidos (el del haz original y cualquier otro producto de reacción) [f] y se transfiere a un detector de barrera de superficie , que detiene el núcleo. La ubicación exacta del próximo impacto en el detector está marcada; también se marcan su energía y el tiempo de llegada. [34] La transferencia tarda unos 10 −6  segundos; para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir este tiempo. [37] El núcleo se registra de nuevo una vez que se registra su desintegración, y se miden la ubicación, la energía y el tiempo de la desintegración. [34]

La estabilidad de un núcleo la proporciona 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 desgarra por la repulsión electrostática entre protones, y su alcance no está limitado. [38] 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. [39] [40] Por lo tanto, se predice teóricamente [41] y hasta ahora se ha observado [42] que los núcleos superpesados ​​se desintegran predominantemente a través de modos de desintegración que son causados ​​​​por dicha repulsión: desintegración alfa y fisión espontánea . [g] Casi todos los emisores alfa tienen más de 210 nucleones, [44] y el nucleido más ligero que experimenta principalmente fisión espontánea tiene 238. [45] En ambos modos de desintegración, los núcleos no pueden desintegrarse mediante barreras de energía correspondientes para cada modo, pero se pueden atravesar mediante un túnel. [39] [40]

Aparato para la creación de elementos superpesados
Esquema de un aparato para la creación de elementos superpesados, basado en el separador de retroceso lleno de gas Dubna, instalado en el Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares del JINR. La trayectoria dentro del detector y del aparato de enfoque del haz cambia debido a un imán dipolar en el primero y a imanes cuadrupolares en el segundo. [46]

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 use como energía cinética para salir del núcleo. [47] La ​​fisión espontánea es causada por la repulsión electrostática que desgarra el núcleo y produce varios núcleos en diferentes instancias de fisión de núcleos idénticos. [40] A medida que aumenta el número atómico, la fisión espontánea rápidamente se vuelve más importante: las vidas medias parciales de fisión espontánea disminuyen en 23 órdenes de magnitud desde el uranio (elemento 92) hasta el nobelio (elemento 102), [48] y en 30 órdenes de magnitud desde el torio (elemento 90) hasta el fermio (elemento 100). [49] El modelo anterior de gota líquida sugería que la fisión espontánea ocurriría casi instantáneamente debido a la desaparición de la barrera de fisión para núcleos con aproximadamente 280 nucleones. [40] [50] El modelo de capas nucleares posterior sugirió que los núcleos con alrededor de 300 nucleones formarían una isla de estabilidad en la que los núcleos serán más resistentes a la fisión espontánea y sufrirán principalmente desintegración alfa con vidas medias más largas. [40] [50] Descubrimientos posteriores sugirieron que la isla predicha podría estar más lejos de lo que se anticipó originalmente; también mostraron que los núcleos intermedios entre los actínidos de larga vida y la isla predicha se deforman y ganan estabilidad adicional a partir de los efectos de capa. [51] Los experimentos en núcleos superpesados ​​​​más ligeros, [52] así como aquellos más cercanos a la isla esperada, [48] han demostrado una estabilidad mayor que la anticipada previamente contra la fisión espontánea, lo que muestra la importancia de los efectos de capa en los núcleos. [h]

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 puede determinarse fácilmente. [i] (Que todas las desintegraciones dentro de una cadena de desintegración estaban de hecho relacionadas entre sí se establece por la ubicación de estas desintegraciones, que deben estar en el mismo lugar.) [34] El núcleo conocido puede reconocerse por las características específicas de la desintegración que sufre, como la energía de desintegración (o más específicamente, la energía cinética de la partícula emitida). [j] La fisión espontánea, sin embargo, produce varios núcleos como productos, por lo que el nucleido original no puede determinarse a partir de sus hijos. [k]

La información de que disponen los físicos que intentan sintetizar un elemento superpesado es, por tanto, la información recogida en los detectores: posición, energía y tiempo de llegada de una partícula al detector, y los 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 del que se afirma. A menudo, los datos proporcionados son insuficientes para concluir 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. [l]

Historia

Especulación temprana

La posibilidad de un séptimo gas noble , después del helio , neón , argón , criptón , xenón y radón , se consideró casi tan pronto como se descubrió el grupo de los gases nobles. El químico danés Hans Peter Jørgen Julius Thomsen predijo en abril de 1895, el año después del descubrimiento del argón, que existía toda una serie de gases químicamente inertes similares al argón que unirían los grupos de los halógenos y los metales alcalinos : esperaba que el séptimo de esta serie cerrara un período de 32 elementos que contenía torio y uranio y tenía un peso atómico de 292, cercano al 294 que ahora se conoce para el primer y único isótopo confirmado de oganesón. [63] El físico danés Niels Bohr señaló en 1922 que este séptimo gas noble debería tener número atómico 118 y predijo su estructura electrónica como 2, 8, 18, 32, 32, 18, 8, coincidiendo con las predicciones modernas. [64] Después de esto, el químico alemán Aristid von Grosse escribió un artículo en 1965 prediciendo las probables propiedades del elemento 118. [11] Pasaron 107 años desde la predicción de Thomsen antes de que el oganesón se sintetizara con éxito, aunque sus propiedades químicas no se han investigado para determinar si se comporta como el congénere más pesado del radón. [65] En un artículo de 1975, el químico estadounidense Kenneth Pitzer sugirió que el elemento 118 debería ser un gas o un líquido volátil debido a los efectos relativistas . [66]

Afirmaciones de descubrimiento no confirmadas

A finales de 1998, el físico polaco Robert Smolańczuk publicó cálculos sobre la fusión de núcleos atómicos para la síntesis de átomos superpesados , incluido el oganesón. [67] Sus cálculos sugirieron que podría ser posible fabricar el elemento 118 fusionando plomo con criptón en condiciones cuidadosamente controladas, y que la probabilidad de fusión ( sección eficaz ) de esa reacción sería cercana a la reacción plomo- cromo que había producido el elemento 106, seaborgio . Esto contradecía las predicciones de que las secciones eficaces para las reacciones con objetivos de plomo o bismuto disminuirían exponencialmente a medida que aumentara el número atómico de los elementos resultantes. [67]

En 1999, los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley hicieron uso de estas predicciones y anunciaron el descubrimiento de los elementos 118 y 116 , en un artículo publicado en Physical Review Letters , [68] y muy poco después los resultados se informaron en Science . [69] Los investigadores informaron que habían realizado la reacción

208
82Pb
+86
36Kr
→293
118Sí
+
norte
.

En 2001, publicaron una retractación después de que los investigadores de otros laboratorios no pudieron duplicar los resultados y el laboratorio de Berkeley tampoco pudo duplicarlos. [70] En junio de 2002, el director del laboratorio anunció que la afirmación original del descubrimiento de estos dos elementos se había basado en datos inventados por el autor principal Victor Ninov . [71] [72] Los resultados experimentales más recientes y las predicciones teóricas han confirmado la disminución exponencial de las secciones transversales con objetivos de plomo y bismuto a medida que aumenta el número atómico del nucleido resultante. [73]

Informes de descubrimiento

Diagrama esquemático de la desintegración alfa del oganesón-294, con una vida media de 0,89 ms y una energía de desintegración de 11,65 MeV. El livermorio-290 resultante se desintegra por desintegración alfa, con una vida media de 10,0 ms y una energía de desintegración de 10,80 MeV, en flerovio-286. El flerovio-286 tiene una vida media de 0,16 s y una energía de desintegración de 10,16 MeV, y sufre una desintegración alfa en copernicio-282 con una tasa de fisión espontánea de 0,7. El copernicio-282 por sí mismo tiene una vida media de solo 1,9 ms y una tasa de fisión espontánea de 1,0.
Vía de desintegración radiactiva del isótopo oganesón-294. [13] Se indican la energía de desintegración y la vida media promedio para el isótopo padre y cada isótopo hijo . La fracción de átomos que experimentan fisión espontánea (FE) se indica en verde.

La primera desintegración genuina de átomos de oganesón fue observada en 2002 en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) en Dubna , Rusia, por un equipo conjunto de científicos rusos y estadounidenses. Dirigido por Yuri Oganessian , un físico nuclear ruso de etnia armenia, el equipo incluía científicos estadounidenses del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California. [74] El descubrimiento no fue anunciado inmediatamente, porque la energía de desintegración de 294 Og coincidía con la de 212m Po , una impureza común producida en reacciones de fusión destinadas a producir elementos superpesados, y por lo tanto el anuncio se retrasó hasta después de un experimento de confirmación de 2005 destinado a producir más átomos de oganesón. [75] El experimento de 2005 utilizó una energía de haz diferente (251 MeV en lugar de 245 MeV) y un espesor del objetivo (0,34 mg/cm 2 en lugar de 0,23 mg/cm 2 ). [13] El 9 de octubre de 2006, los investigadores anunciaron [13] que habían detectado indirectamente un total de tres (posiblemente cuatro) núcleos de oganesón-294 (uno o dos en 2002 [76] y dos más en 2005) producidos mediante colisiones de átomos de californio -249 e iones de calcio-48 . [77] [78] [79] [80] [81]

249
98Cf
+48
20California
→294
118Sí
+ 3
norte
.

En 2011, la IUPAC evaluó los resultados de 2006 de la colaboración Dubna-Livermore y concluyó: "Los tres eventos informados para el isótopo Z = 118 tienen muy buena redundancia interna pero, al no tener anclaje a núcleos conocidos, no satisfacen los criterios para el descubrimiento". [82]

Debido a la muy pequeña probabilidad de reacción de fusión (la sección transversal de fusión es ~ 0,3–0,6  pb o(3–6) × 10 −41  m 2 ) el experimento duró cuatro meses e implicó una dosis de haz de2,5 × 10 19 iones de calcio que tuvieron que ser disparados al objetivo de californio para producir el primer evento registrado que se cree que fue la síntesis de oganesón. [83] Sin embargo, los investigadores estaban muy seguros de que los resultados no eran un falso positivo , ya que la probabilidad de que las detecciones fueran eventos aleatorios se estimó en menos de una parte en100 000 . [84]

En los experimentos se observó la desintegración alfa de tres átomos de oganesón. También se propuso una cuarta desintegración por fisión espontánea directa. Se calculó una vida media de 0,89 ms:294
Og se descompone en290
Lv por desintegración alfa . Como solo había tres núcleos, la vida media derivada de los tiempos de vida observados tiene una gran incertidumbre:0,89+1,07
-0,31 Sra . [13]

294
118Sí
→290
116Nivel
+4
2Él

La identificación de la294
Los núcleos Og se verificaron creando por separado el supuesto núcleo hijo. 290
Lv directamente mediante un bombardeo de245
Cm con48iones de Ca ,

245
96Centímetro
+48
20California
→290
116Nivel
+ 3
norte
,

y comprobar que el290
La desintegración de Lv coincidió con la cadena de desintegración de la294
Núcleos Og . [13] El núcleo hijo290
Lv es muy inestable y se desintegra en un lapso de 14 milisegundos.286
Fl , que puede experimentar fisión espontánea o desintegración alfa en282
Cn , que sufrirá fisión espontánea. [13]

Confirmación

En diciembre de 2015, el Grupo de Trabajo Conjunto de los organismos científicos internacionales Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) y Unión Internacional de Física Pura y Aplicada (IUPAP) reconoció el descubrimiento del elemento y asignó la prioridad del descubrimiento a la colaboración Dubna-Livermore. [85] Esto se debió a dos confirmaciones en 2009 y 2010 de las propiedades de la nieta de 294 Og, 286 Fl, en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley , así como a la observación de otra cadena de desintegración consistente de 294 Og por el grupo Dubna en 2012. El objetivo de ese experimento había sido la síntesis de 294 Ts a través de la reacción 249 Bk( 48 Ca,3n), pero la corta vida media de 249 Bk dio como resultado que una cantidad significativa del objetivo se hubiera desintegrado a 249 Cf, lo que resultó en la síntesis de oganesón en lugar de tenesina . [86]

Del 1 de octubre de 2015 al 6 de abril de 2016, el equipo de Dubna realizó un experimento similar con 48 proyectiles de Ca dirigidos a un objetivo de californio de isótopos mixtos que contenía 249 Cf, 250 Cf y 251 Cf, con el objetivo de producir los isótopos más pesados ​​de oganesón 295 Og y 296 Og. Se utilizaron dos energías de haz a 252 MeV y 258 MeV. Solo se vio un átomo en la energía de haz más baja, cuya cadena de desintegración coincidía con la previamente conocida de 294 Og (que termina con la fisión espontánea de 286 Fl), y no se vio ninguno en la energía de haz más alta. El experimento se detuvo entonces, ya que el pegamento de los marcos de sector cubría el objetivo y evitaba que los residuos de evaporación escaparan a los detectores. [87] La ​​producción de 293 Og y su hijo 289 Lv, así como el isótopo aún más pesado 297 Og, también es posible utilizando esta reacción. Los isótopos 295 Og y 296 Og también se pueden producir en la fusión de 248 Cm con proyectiles de 50 Ti. [87] [88] [89] Una búsqueda que comenzó en el verano de 2016 en RIKEN para 295 Og en el canal 3n de esta reacción no tuvo éxito, aunque se planea reanudar el estudio; no se proporcionó un análisis detallado ni un límite de sección transversal. Estos isótopos más pesados ​​y probablemente más estables pueden ser útiles para investigar la química del oganesón. [90] [91]

Nombramiento

El elemento 118 recibió el nombre de oganesón (Og) en honor a Yuri Oganessian , un pionero en el descubrimiento de elementos sintéticos . El oganessian y la cadena de desintegración del oganesón-294 fueron fotografiados en un sello de Armenia emitido el 28 de diciembre de 2017.

Utilizando la nomenclatura de Mendeleev para elementos no nombrados y no descubiertos , el oganesón a veces se conoce como eka-radón (hasta la década de 1960 como eka-emanación , siendo emanación el antiguo nombre del radón ). [11] En 1979, la IUPAC asignó el nombre de marcador de posición sistemático ununoctium al elemento no descubierto, con el símbolo correspondiente de Uuo , [92] y recomendó que se usara hasta después del descubrimiento confirmado del elemento. [93] Aunque se usa ampliamente en la comunidad química en todos los niveles, desde las aulas de química hasta los libros de texto avanzados, las recomendaciones fueron en su mayoría ignoradas entre los científicos en el campo, que lo llamaron "elemento 118", con el símbolo de E118 , (118) , o simplemente 118. [4]

Antes de la retractación en 2001, los investigadores de Berkeley habían tenido la intención de nombrar el elemento ghiorsium ( Gh ), en honor a Albert Ghiorso (un miembro destacado del equipo de investigación). [94]

Los descubridores rusos informaron sobre su síntesis en 2006. Según las recomendaciones de la IUPAC, los descubridores de un nuevo elemento tienen derecho a sugerir un nombre. [95] En 2007, el director del instituto ruso declaró que el equipo estaba considerando dos nombres para el nuevo elemento: flyorium , en honor a Georgy Flyorov , el fundador del laboratorio de investigación en Dubna; y moskovium , en reconocimiento al óblast de Moscú donde se encuentra Dubna. [96] También afirmó que, aunque el elemento se descubrió como una colaboración estadounidense, que proporcionó el objetivo de californio, el elemento debería llamarse correctamente en honor a Rusia, ya que el Laboratorio Flyorov de Reacciones Nucleares en JINR era la única instalación en el mundo que podía lograr este resultado. [97] Estos nombres se sugirieron más tarde para el elemento 114 (flerovio) y el elemento 116 (moscovio). [98] Flerovio se convirtió en el nombre del elemento 114; El nombre final propuesto para el elemento 116 fue livermorio , [99] y más tarde se propuso y aceptó moscovio para el elemento 115. [17]

Tradicionalmente, los nombres de todos los gases nobles terminan en "-on", con la excepción del helio , que no se sabía que fuera un gas noble cuando se descubrió. Sin embargo, las directrices de la IUPAC válidas en el momento de la aprobación del descubrimiento exigían que todos los elementos nuevos se nombraran con la terminación "-ium", incluso si resultaban ser halógenos (que tradicionalmente terminaban en "-ine") o gases nobles (que tradicionalmente terminaban en "-on"). [100] Si bien el nombre provisional ununoctio siguió esta convención, una nueva recomendación de la IUPAC publicada en 2016 recomendó utilizar la terminación "-on" para los nuevos elementos del grupo 18 , independientemente de si resultan tener las propiedades químicas de un gas noble. [101]

Los científicos involucrados en el descubrimiento del elemento 118, así como los de 117 y 115 , celebraron una conferencia telefónica el 23 de marzo de 2016 para decidir sus nombres. El elemento 118 fue el último en decidirse; después de que se le pidiera a Oganessian que abandonara la conferencia, los científicos restantes decidieron por unanimidad que el elemento "oganesson" fuera nombrado después de él. Oganessian fue un pionero en la investigación de elementos superpesados ​​durante sesenta años desde la fundación del campo: su equipo y sus técnicas propuestas habían llevado directamente a la síntesis de los elementos 107 a 118. Mark Stoyer, un químico nuclear del LLNL, recordó más tarde: "Teníamos la intención de proponer ese nombre desde Livermore, y se propusieron cosas al mismo tiempo desde varios lugares. No sé si podemos afirmar que realmente propusimos el nombre, pero lo habíamos pensado". [102]

En discusiones internas, la IUPAC preguntó al JINR si querían que el elemento se escribiera "oganeson" para que coincidiera más con la ortografía rusa. Oganessian y el JINR rechazaron esta oferta, citando la práctica de la era soviética de transliterar los nombres al alfabeto latino según las reglas del idioma francés ("Oganessian" es una de esas transliteraciones) y argumentando que "oganesson" sería más fácil de vincular con la persona. [103] [m] En junio de 2016, la IUPAC anunció que los descubridores planeaban darle al elemento el nombre oganesson (símbolo: Og ). El nombre se hizo oficial el 28 de noviembre de 2016. [17] En 2017, Oganessian comentó sobre el nombre: [104]

Para mí es un honor. El descubrimiento del elemento 118 lo realizaron científicos del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear de Rusia y del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de Estados Unidos, y fueron mis colegas quienes propusieron el nombre de oganesón. Mis hijos y nietos viven en Estados Unidos desde hace décadas, pero mi hija me escribió para decirme que la noche que lo oyó no durmió porque estaba llorando. [104]

—  Yuri Oganessián

La ceremonia de nombramiento de moscovio, tenesino y oganesón se celebró el 2 de marzo de 2017 en la Academia Rusa de Ciencias en Moscú. [105]

En una entrevista de 2019, cuando se le preguntó cómo fue ver su nombre en la tabla periódica junto a Einstein , Mendeleev , los Curie y Rutherford , Oganessian respondió: [103]

¡No mucho! Verás, no mucho. En ciencia es habitual ponerle a algo nuevo el nombre de su descubridor. Es solo que hay pocos elementos y esto sucede raramente. Pero mira cuántas ecuaciones y teoremas en matemáticas llevan el nombre de alguien. ¿Y en medicina? Alzheimer , Parkinson . No hay nada especial en ello.

Características

Aparte de las propiedades nucleares, no se han medido propiedades del oganesón ni de sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y costosa [106] y al hecho de que se desintegra muy rápidamente. Por lo tanto, solo se pueden hacer predicciones.

Estabilidad nuclear e isótopos

Oganesson (fila 118) está ligeramente por encima de la " isla de estabilidad " (elipse blanca) y, por lo tanto, sus núcleos son ligeramente más estables de lo que se había predicho.

La estabilidad de los núcleos disminuye rápidamente con el aumento del número atómico después del curio , elemento 96, cuyo isótopo más estable, 247 Cm , tiene una vida media cuatro órdenes de magnitud más larga que la de cualquier elemento posterior. Todos los nucleidos con un número atómico superior a 101 sufren desintegración radiactiva con vidas medias inferiores a 30 horas. Ningún elemento con números atómicos superiores a 82 (después del plomo ) tiene isótopos estables. [107] Esto se debe a la repulsión de Coulomb de los protones cada vez mayor , de modo que la fuerza nuclear fuerte no puede mantener unido al núcleo 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 . [108] 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 en la que 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 los elementos superpesados ​​(incluido el oganesón) 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. [109] [110] El oganesón es radiactivo , se desintegra mediante desintegración alfa y fisión espontánea, [111] [112] con una vida media que parece ser inferior a un milisegundo . No obstante, esto sigue siendo más largo que algunos valores previstos. [113] [114]

Los cálculos que utilizan un modelo de efecto túnel cuántico predicen la existencia de varios isótopos más pesados ​​de oganesón con vidas medias de desintegración alfa cercanas a 1 ms. [115] [116]

Los cálculos teóricos realizados sobre las vías sintéticas y la vida media de otros isótopos han demostrado que algunos podrían ser ligeramente más estables que el isótopo sintetizado 294 Og, muy probablemente 293 Og, 295 Og, 296 Og, 297 Og, 298 Og, 300 Og y 302 Og (el último alcanza el cierre de la capa N  = 184). [113] [117] De estos, 297 Og podría proporcionar las mejores posibilidades de obtener núcleos de vida más larga, [113] [117] y, por lo tanto, podría convertirse en el foco de futuros trabajos con este elemento. Algunos isótopos con muchos más neutrones, como algunos ubicados alrededor de 313 Og, también podrían proporcionar núcleos de vida más larga. [118] Los isótopos de 291 Og a 295 Og podrían producirse como hijos de los isótopos del elemento 120 que pueden alcanzarse en las reacciones 249–251 Cf+ 50 Ti, 245 Cm+ 48 Ca y 248 Cm+ 48 Ca. [119]

En un modelo de efecto túnel cuántico , la vida media de desintegración alfa de294
Se predijo que Og sería0,66+0,23
-0,18 ms [113] con el valor Q experimental publicado en 2004. [120] El cálculo con valores Q teóricos del modelo macroscópico-microscópico de Muntian–Hofman–Patyk–Sobiczewski arroja resultados algo inferiores pero comparables. [121]

Propiedades atómicas y físicas calculadas

El oganesón es un miembro del grupo 18 , los elementos de valencia cero . Los miembros de este grupo suelen ser inertes a la mayoría de las reacciones químicas comunes (por ejemplo, la combustión) porque la capa de valencia externa está completamente llena con ocho electrones . Esto produce una configuración estable de energía mínima en la que los electrones externos están fuertemente unidos. [122] Se cree que, de manera similar, el oganesón tiene una capa de valencia externa cerrada en la que sus electrones de valencia están dispuestos en una configuración 7s 2 7p 6 . [3]

En consecuencia, algunos esperan que el oganesón tenga propiedades físicas y químicas similares a otros miembros de su grupo, más parecidas al gas noble que se encuentra por encima de él en la tabla periódica, el radón . [123] Siguiendo la tendencia periódica , se esperaría que el oganesón fuera ligeramente más reactivo que el radón. Sin embargo, los cálculos teóricos han demostrado que podría ser significativamente más reactivo. [7] Además de ser mucho más reactivo que el radón, el oganesón puede ser incluso más reactivo que los elementos flerovio y copernicio , que son homólogos más pesados ​​de los elementos químicamente más activos plomo y mercurio , respectivamente. [3] La razón de la posible mejora de la actividad química del oganesón en relación con el radón es una desestabilización energética y una expansión radial de la última subcapa 7p ocupada . [3] Más precisamente, considerables interacciones de espín-órbita entre los electrones 7p y los electrones inertes 7s conducen efectivamente a un cierre de la segunda capa de valencia en el flerovio , y una disminución significativa en la estabilización de la capa cerrada del oganesón. [3] También se ha calculado que el oganesón, a diferencia de los otros gases nobles, se une a un electrón con liberación de energía, o en otras palabras, exhibe afinidad electrónica positiva , [124] [125] debido al nivel de energía 8s estabilizado relativistamente y al nivel 7p 3/2 desestabilizado , [126] mientras que se predice que el copernicio y el flerovio no tienen afinidad electrónica. [127] [128] Sin embargo, se ha demostrado que las correcciones electrodinámicas cuánticas son bastante significativas en la reducción de esta afinidad al disminuir la unión en el anión Og − en un 9%, lo que confirma la importancia de estas correcciones en elementos superpesados . [124] Los cálculos de 2022 esperan que la afinidad electrónica del oganesón sea 0,080(6) eV. [8]

Las simulaciones de Monte Carlo de la dinámica molecular del oganesón predicen que tiene un punto de fusión de325 ± 15 K y un punto de ebullición de450 ± 10 K debido a efectos relativistas (si se ignoran estos efectos, el oganesón se derretiría a ≈220 K ). Por lo tanto, el oganesón probablemente sería un sólido en lugar de un gas en condiciones estándar , aunque todavía con un punto de fusión bastante bajo. [5] [19]

Se espera que el oganesón tenga una polarizabilidad extremadamente amplia , casi el doble que la del radón. [3] Debido a su tremenda polarizabilidad, se espera que el oganesón tenga una energía de primera ionización anómalamente baja de aproximadamente 860 kJ/mol, similar a la del cadmio y menor que las del iridio , platino y oro . Esto es significativamente menor que los valores predichos para el darmstadtio , el roentgenio y el copernicio, aunque es mayor que el predicho para el flerovio. [129] Su segunda energía de ionización debería estar alrededor de 1560 kJ/mol. [8] Incluso la estructura de capas en el núcleo y la nube de electrones del oganesón se ve fuertemente afectada por efectos relativistas: se espera que las subcapas de electrones de valencia y del núcleo en el oganesón estén "difuminadas" en un gas de Fermi homogéneo de electrones, a diferencia de los del radón y el xenón "menos relativistas" (aunque hay cierta deslocalización incipiente en el radón), debido a la división muy fuerte de espín-órbita del orbital 7p en el oganesón. [130] Un efecto similar para los nucleones, particularmente los neutrones, es incipiente en el núcleo de capa neutrónica cerrada 302 Og y está fuertemente vigente en el hipotético núcleo superpesado de capa cerrada 472 164, con 164 protones y 308 neutrones. [130] Los estudios también han predicho que debido al aumento de las fuerzas electrostáticas, el oganesón puede tener una estructura de semiburbuja en densidad de protones, con pocos protones en el centro de su núcleo. [131] [132] Además, los efectos de espín-órbita pueden hacer que el oganesón en masa sea un semiconductor , con una brecha de banda deSe prevé que la tensión de entrada sea de 1,5 ± 0,6  eV. En cambio, todos los gases nobles más ligeros son aislantes : por ejemplo, se espera que la banda prohibida del radón en masa sea7,1 ± 0,5  eV. [133]

Compuestos previstos

Modelo esquelético de una molécula plana con un átomo central unido simétricamente a cuatro átomos periféricos (flúor).
XeF4Tiene una geometría molecular plana cuadrada.
Modelo esquelético de una molécula teraédrica con un átomo central (oganesón) unido simétricamente a cuatro átomos periféricos (flúor).
OgF
4Se predice que tendrá una geometría molecular tetraédrica.

El único isótopo confirmado del oganesón, el 294 Og, tiene una vida media demasiado corta para ser investigado químicamente de forma experimental. Por lo tanto, todavía no se han sintetizado compuestos de oganesón. [75] Sin embargo, se han realizado cálculos sobre compuestos teóricos desde 1964. [11] Se espera que si la energía de ionización del elemento es lo suficientemente alta, será difícil de oxidar y, por lo tanto, el estado de oxidación más común sería 0 (como para los gases nobles); [134] sin embargo, este no parece ser el caso. [65]

Cálculos sobre la molécula diatómica Og
2mostró una interacción de enlace aproximadamente equivalente a la calculada para Hg
2, y una energía de disociación de 6 kJ/mol, aproximadamente 4 veces la de Rn
2. [3] Lo más sorprendente es que se calculó que tenía una longitud de enlace más corta que en Rn.
2por 0,16 Å, lo que sería indicativo de una interacción de enlace significativa. [3] Por otro lado, el compuesto OgH + exhibe una energía de disociación (en otras palabras, afinidad protónica del oganesón) que es menor que la de RnH + . [3]

Se predice que el enlace entre el oganesón y el hidrógeno en OgH es muy débil y puede considerarse como una interacción de van der Waals pura en lugar de un enlace químico verdadero . [6] Por otro lado, con elementos altamente electronegativos, el oganesón parece formar compuestos más estables que, por ejemplo, el copernicio o el flerovio . [6] Se ha predicho que existen los estados de oxidación estables +2 y +4 en los fluoruros OgF
2y OgF
4. [135] El estado +6 sería menos estable debido a la fuerte unión de la subcapa 7p 1/2 . [65] Esto es resultado de las mismas interacciones de espín-órbita que hacen que el oganesón sea inusualmente reactivo. Por ejemplo, se demostró que la reacción del oganesón con F
2para formar el compuesto OgF
2liberaría una energía de 106 kcal/mol de las cuales aproximadamente 46 kcal/mol provienen de estas interacciones. [6] A modo de comparación, la interacción espín-órbita para la molécula similar RnF
2es de aproximadamente 10 kcal/mol de una energía de formación de 49 kcal/mol. [6] La misma interacción estabiliza la configuración tetraédrica T d para OgF
4, a diferencia del plano cuadrado D 4h de XeF4, cual RnF
4También se espera que tenga; [135] esto se debe a que se espera que OgF 4 tenga dos pares de electrones inertes (7s y 7p 1/2 ). Como tal, se espera que OgF 6 no esté unido, continuando una tendencia esperada en la desestabilización del estado de oxidación +6 (se espera que RnF 6 también sea mucho menos estable que XeF 6 ). [136] [137] El enlace Og–F probablemente será iónico en lugar de covalente , lo que hace que los fluoruros de oganesón no sean volátiles. [7] [138] Se predice que OgF 2 será parcialmente iónico debido a la alta electropositividad del oganesón . [139] Se predice que el oganesón será lo suficientemente electropositivo [139] para formar un enlace Og–Cl con cloro . [7]

Se ha predicho que un compuesto de oganesón y tenesina , OgTs 4 , es potencialmente estable químicamente. [140]

Véase también

Notas

  1. ^ Los nombres einstenio y fermio para los elementos 99 y 100 fueron propuestos cuando sus homónimos ( Albert Einstein y Enrico Fermi , respectivamente) aún estaban vivos, pero no se hicieron oficiales hasta que Einstein y Fermi murieron. [18]
  2. ^ En física nuclear , un elemento se denomina pesado si su número atómico es alto; el plomo (elemento 82) es un ejemplo de dicho elemento pesado. El término "elementos superpesados" se refiere típicamente a elementos con un número atómico mayor que 103 (aunque existen otras definiciones, como número atómico mayor que 100 [20] o 112 ; [21] a veces, el término se presenta como equivalente al término "transactínido", que pone un límite superior antes del comienzo de la serie hipotética de los superactínidos ). [22] Los términos "isótopos pesados" (de un elemento dado) y "núcleos pesados" significan lo que podría entenderse en el lenguaje común: isótopos de alta masa (para el elemento dado) y núcleos de alta masa, respectivamente.
  3. ^ En 2009, un equipo del JINR dirigido por Oganessian publicó los resultados de su intento de crear hassio en una reacción simétrica 136 Xe +  136 Xe. No lograron observar un solo átomo en dicha reacción, lo que puso el límite superior de la sección transversal, la medida de probabilidad de una reacción nuclear, en 2,5  pb . [23] En comparación, la reacción que resultó en el descubrimiento del hassio, 208 Pb + 58 Fe, tuvo una sección transversal de ~20 pb (más específicamente, 19+19
    -11     pb), según lo estimado por los descubridores. [24]
  4. ^ La cantidad de energía aplicada a la partícula del haz para acelerarla también puede influir en el valor de la sección transversal. Por ejemplo, en el28
    14    Si
    +1
    0    norte
    →28
    13    Alabama
    +1
    1    pag
    reacción, la sección transversal cambia suavemente de 370 mb a 12,3 MeV a 160 mb a 18,3 MeV, con un pico amplio a 13,5 MeV con un valor máximo de 380 mb. [28]
  5. ^ Esta cifra también marca el límite superior generalmente aceptado para la vida útil de un núcleo compuesto. [33]
  6. ^ Esta separación se basa en que los núcleos resultantes se mueven más lentamente que los núcleos del haz que no reaccionaron frente al objetivo. El separador contiene campos eléctricos y magnéticos cuyos efectos sobre una partícula en movimiento se cancelan para una velocidad específica de una partícula. [35] Esta separación también puede verse facilitada por una medición del tiempo de vuelo y una medición de la energía de retroceso; una combinación de las dos puede permitir estimar la masa de un núcleo. [36]
  7. ^ No todos los modos de desintegración son causados ​​por la repulsión electrostática. Por ejemplo, la desintegración beta es causada por la interacción débil . [43]
  8. ^ Ya en la década de 1960 se sabía que los estados fundamentales de los núcleos diferían en energía y forma, así como que ciertos números mágicos de nucleones correspondían a una mayor estabilidad de un núcleo. Sin embargo, se suponía que no existía estructura nuclear en los núcleos superpesados, ya que estaban demasiado deformados para formar una. [48]
  9. ^ 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. También son posibles las mediciones directas, pero en su mayor parte no han estado disponibles para los núcleos superpesados. [53] La primera medición directa de la masa de un núcleo superpesado se informó en 2018 en el LBNL. [54] 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). [55]
  10. ^ Si la desintegración se produjo en el vacío, entonces, dado que el momento total de un sistema aislado antes y después de la desintegración debe conservarse , el núcleo hijo también recibiría una pequeña velocidad. La relación de las dos velocidades, y en consecuencia la relación de las energías cinéticas, sería inversa a la relación de las dos masas. La energía de desintegración es igual a la suma de la energía cinética conocida de la partícula alfa y la del núcleo hijo (una fracción exacta de la primera). [44] Los cálculos son válidos también para un experimento, pero la diferencia es que el núcleo no se mueve después de la desintegración porque está ligado al detector.
  11. ^ La fisión espontánea fue descubierta por el físico soviético Georgy Flerov , [56] un científico destacado del JINR, y por lo tanto era un "caballo de batalla" para la instalación. [57] Por el contrario, los científicos del LBL creían que la información sobre la fisión no era suficiente para afirmar la síntesis de un elemento. Creían que la fisión espontánea no había sido estudiada 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. [33] Por lo tanto, prefirieron vincular nuevos isótopos a los ya conocidos mediante desintegraciones alfa sucesivas. [56]
  12. ^ Por ejemplo, el elemento 102 fue identificado erróneamente en 1957 en el Instituto Nobel de Física en Estocolmo , Condado de Estocolmo , Suecia . [58] No hubo afirmaciones definitivas anteriores de creación de este elemento, y el elemento recibió un nombre por sus descubridores suecos, estadounidenses y británicos, nobelio . Más tarde se demostró que la identificación era incorrecta. [59] El año siguiente, RL no pudo reproducir los resultados suecos y anunció en su lugar su síntesis del elemento; esa afirmación también fue refutada más tarde. [59] JINR insistió en que fueron los primeros en crear el elemento y sugirió un nombre propio para el nuevo elemento, joliotio ; [60] el nombre soviético tampoco fue aceptado (JINR más tarde se refirió a la denominación del elemento 102 como "apresurada"). [61] Este nombre fue propuesto a la IUPAC en una respuesta escrita a su decisión sobre la prioridad de las reclamaciones de descubrimiento de elementos, firmada el 29 de septiembre de 1992. [61] El nombre "nobelio" permaneció sin cambios debido a su uso generalizado. [62]
  13. ^ En ruso, el nombre de Oganessian se escribe Оганесян [ˈɐgənʲɪˈsʲan] ; la transliteración de acuerdo con las reglas del idioma inglés sería Oganesyan , con una s. De manera similar, el nombre ruso para el elemento es оганесон, oganeson letra por letra . Oganessian es la versión rusificada del apellido armenio Hovhannisyan ( armenio : Հովհաննիսյան [hɔvhɑnnisˈjɑn] ). Significa "hijo de Hovhannes ", es decir, "hijo de Juan". Es uno de los apellidos más comunes en Armenia .

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Bibliografía

Lectura adicional

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