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Oganesson

Oganesson es un elemento químico sintético ; tiene símbolo Og y número atómico 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 nuevos elementos 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 desempeñó un papel destacado en el descubrimiento de los elementos más pesados ​​de la tabla periódica. Es uno de los dos únicos elementos que llevan el nombre de una persona que estaba viva en el momento de nombrarlo, el otro es seaborgio , y el único elemento cuyo epónimo está vivo en 2024 . [17] [un]

Oganesson tiene el número atómico más alto y la masa atómica más alta de todos los elementos conocidos en 2024 . En la tabla periódica de los elementos es un elemento del bloque p , miembro del grupo 18 y último miembro del período 7 . Su único isótopo conocido, oganesson-294 , es altamente radiactivo , con una vida media de 0,7 ms y, hasta 2020, solo se han producido con éxito cinco átomos. [19] Esto ha impedido hasta ahora 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, [19] [3] a diferencia de los demás miembros del grupo 18 (los gases nobles ).

Introducción

Síntesis de núcleos superpesados.

Una representación gráfica de una reacción de fusión nuclear.
Una representación gráfica de una reacción de fusión nuclear . Dos núcleos se fusionan en uno emitiendo un neutrón . Las reacciones que crearon nuevos elementos hasta ese momento fueron similares, con la única diferencia posible 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; En términos generales, cuanto más desiguales sean los dos núcleos en términos de masa, mayor será la posibilidad de que los dos reaccionen. [25] 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. [26] 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. [26]

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. [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 acercan entre sí expresada en términos del área transversal que la partícula incidente debe chocar para que se produzca la fusión. . [d] 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. [26]

La fusión resultante es un estado excitado [30] , denominado núcleo compuesto , y por 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 , 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. [31] 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 un plazo de 10 a 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. [32] [e]

Decaimiento y detección

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. [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. Se marca la ubicación exacta del próximo impacto en el detector; también están marcadas su energía y el momento de la llegada. [34] La transferencia tarda unos 10 −6  segundos; Para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir tanto tiempo. [37] El núcleo se registra nuevamente 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 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. [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, los núcleos superpesados ​​se predicen teóricamente [41] y hasta ahora se ha observado [42] que se desintegran predominantemente a través de modos de desintegración 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 sufre principalmente fisión espontánea tiene 238. [45] 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. [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 en JINR. La trayectoria dentro del detector y el 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 utilice 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 casos 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 la fisión espontánea disminuyen en 23 órdenes de magnitud desde el uranio (elemento 92) al nobelio (elemento 102), [48] y en 30 órdenes de magnitud del torio (elemento 90) al fermio (elemento 100). [49] El modelo anterior de gota de líquido sugería que la fisión espontánea se produciría casi instantáneamente debido a la desaparición de la barrera de fisión para los núcleos con aproximadamente 280 nucleones. [40] [50] 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 una desintegración alfa con vidas medias más largas. [40] [50] 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. [51] Los experimentos con núcleos superpesados ​​más ligeros, [52] así como con aquellos más cercanos a la isla esperada, [48] 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. [h]

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. [i] (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). [34] 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). [j] Sin embargo, la fisión espontánea 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 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. [l]

Historia

Especulación temprana

La posibilidad de un séptimo gas noble , después del helio , el neón , el argón , el criptón , el xenón y el 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, un año después del descubrimiento del argón, que había 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 estos La serie pondría fin a un período de 32 elementos que contenía torio y uranio y tendría un peso atómico de 292, cercano a los 294 que ahora se conocen para el primer y único isótopo confirmado de oganesson. [63] El físico danés Niels Bohr señaló en 1922 que este séptimo gas noble debería tener el 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 oganesson fuera sintetizado con éxito, aunque sus propiedades químicas no han sido investigadas 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 efectos relativistas . [66]

Reclamaciones de descubrimiento no confirmadas

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

En 1999, 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 se informaron los resultados en Science . [69] Los investigadores informaron que habían realizado la reacción

208
82Pb
+86
36kr
→293
118og
+
norte
.

En 2001, publicaron una retractación después de que investigadores de otros laboratorios no pudieran duplicar los resultados y el laboratorio de Berkeley tampoco pudiera 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 fabricados por el autor principal Victor Ninov . [71] [72] Los resultados experimentales y las predicciones teóricas más recientes 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 de oganesson-294, con una vida media de 0,89 ms y una energía de desintegración de 11,65 MeV. Ellivermorium-290 resultante se desintegra por desintegración alfa, con una vida media de 10,0 ms y una energía de desintegración de 10,80 MeV, a flerovium-286. Flerovium-286 tiene una vida media de 0,16 sy una energía de desintegración de 10,16 MeV, y sufre desintegración alfa a copernicio-282 con una tasa de fisión espontánea de 0,7. El propio copernicio-282 tiene una vida media de sólo 1,9 ms y una tasa de fisión espontánea de 1,0.
Vía de desintegración radiactiva del isótopo oganesson-294. [13] La energía de desintegración y la vida media promedio se dan para el isótopo padre y cada isótopo hijo . La fracción de átomos que sufren fisión espontánea (SF) se muestra en verde.

La primera desintegración genuina de átomos de oganesson 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 se anunció de inmediato, 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 confirmatorio en 2005 destinado a producir más átomos de oganesson. [75] El experimento de 2005 utilizó una energía de haz diferente (251 MeV en lugar de 245 MeV) y un espesor 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 oganesson-294 (uno o dos en 2002 [76] y dos más en 2005) producidos mediante colisiones. de californio -249 átomos y calcio-48 iones. [77] [78] [79] [80] [81]

249
98cf
+48
20California
→294
118og
+ 3
norte
.

En 2011, la IUPAC evaluó los resultados de 2006 de la colaboración Dubna-Livermore y concluyó: "Los tres eventos reportados para el isótopo Z = 118 tienen muy buena redundancia interna pero sin anclaje a núcleos conocidos no satisfacen los criterios de 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 dispararse al objetivo de californio para producir el primer evento registrado que se cree que es la síntesis de oganesson. [83] Sin embargo, los investigadores estaban muy seguros de que los resultados no eran un falso positivo , ya que se estimaba que la probabilidad de que las detecciones fueran eventos aleatorios era de menos de una parte en100 000 . [84]

En los experimentos se observó la desintegración alfa de tres átomos de oganesson. 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 . Dado que sólo había tres núcleos, la vida media derivada de los tiempos de vida observados tiene una gran incertidumbre:0,89+1,07
−0,31 EM . [13]

294
118og
→290
116Lv
+4
2Él

La identificación del294
Los núcleos de Og se verificaron creando por separado el supuesto núcleo hijo. 290
Lv directamente mediante un bombardeo de245
cm con48iones Ca ,

245
96Cm
+48
20California
→290
116Lv
+ 3
norte
,

y comprobando que el290
La decadencia de Lv coincidió con la cadena de decadencia del294
Núcleos og . [13] El núcleo hijo290
Lv es muy inestable y decae con una vida útil de 14 milisegundos en286
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 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 parte del 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 descompusiera a 249 Cf, dando como resultado la síntesis de oganesson en lugar de tennessina . [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 de oganesson más pesados, 295 Og. y 296 Og. Se utilizaron dos energías de haz a 252 MeV y 258 MeV. Sólo se observó un átomo en la energía del haz inferior, cuya cadena de desintegración coincidía con la previamente conocida de 294 Og (que termina con la fisión espontánea de 286 Fl), y no se observó ninguno en la energía del haz superior. Luego se detuvo el experimento, ya que el pegamento de los marcos sectoriales cubrió el objetivo y bloqueó el escape de los residuos de evaporación a los detectores. [87] La ​​producción de 293 Og y su hija 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 pueden producirse 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 de 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 resultar útiles para investigar la química del oganesson. [90] [91]

Nombrar

El elemento 118 lleva el nombre de Yuri Oganessian , pionero en el descubrimiento de elementos sintéticos , con el nombre de oganesson (Og). Oganessian y la cadena de desintegración de oganesson-294 aparecen representados en un sello de Armenia emitido el 28 de diciembre de 2017.

Utilizando la nomenclatura de Mendeleev para elementos sin nombre y no descubiertos , el oganesson a veces se conoce como eka-radon (hasta la década de 1960 como eka-emanación , siendo emanación el antiguo nombre del radón ). [11] En 1979, la IUPAC asignó el nombre sistemático de marcador de posición ununoctium al elemento no descubierto, con el símbolo correspondiente de Uuo , [92] y recomendó que se utilizara hasta después del descubrimiento confirmado del elemento. [93] Aunque se utilizan 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, quienes lo llamaron "elemento 118", con el símbolo de E118 , (118) . o incluso simplemente 118 . [4]

Antes de la retractación en 2001, los investigadores de Berkeley tenían la intención de nombrar el elemento ghiorsium ( Gh ), en honor a Albert Ghiorso (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 fue descubierto como una colaboración estadounidense, que proporcionó el objetivo de californio, el elemento debería correctamente ser nombrado en honor de Rusia ya que el Laboratorio Flyorov de Reacciones Nucleares en JINR era la única instalación en el mundo que podría lograr este resultado. [97] Estos nombres fueron sugeridos más tarde para el elemento 114 (flerovium) y el elemento 116 (moscovium). [98] Flerovium se convirtió en el nombre del elemento 114; el nombre final propuesto para el elemento 116 fue en cambiolivermorium , [99] y más tarde se propuso y aceptó moscovium 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 vigentes 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 (tradicionalmente terminados en "-ine") o gases nobles (tradicionalmente terminados en "-ine"). "-en"). [100] Si bien el nombre provisional ununoctium siguió esta convención, una nueva recomendación de la IUPAC publicada en 2016 recomendó usar 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 implicados 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 pidió a Oganessian que abandonara la llamada, los científicos restantes decidieron por unanimidad tener el elemento "oganesson" después de él. Oganessian fue un pionero en la investigación de elementos superpesados ​​durante sesenta años, remontándose a los orígenes de este campo: su equipo y las técnicas propuestas habían conducido directamente a la síntesis de los elementos 107 a 118. Mark Stoyer, químico nuclear del LLNL, recordó más tarde: " Teníamos la intención de proponer ese nombre desde Livermore, y las cosas se propusieron al mismo tiempo desde múltiples lugares. No sé si podemos afirmar que realmente propusimos el nombre, pero así lo teníamos previsto". [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 nombres al alfabeto latino según las reglas del idioma francés ("Oganessian" es una transliteración de ese tipo) y argumentando que "oganesson" sería más fácil de vincular al persona. [103] [m] En junio de 2016, la IUPAC anunció que los descubridores planeaban darle al elemento el nombre de 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 fue realizado por científicos del Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear de Rusia y del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de Estados Unidos, y fueron mis colegas quienes propusieron el nombre de oganesson. Mis hijos y nietos han estado viviendo en Estados Unidos durante décadas, pero mi hija me escribió para decirme que no durmió la noche que escuchó porque estaba llorando. [104]

—Yuri  Oganessian

La ceremonia de nombramiento de moscovium, tennessine y oganesson se celebró el 2 de marzo de 2017 en la Academia de Ciencias de Rusia en Moscú. [105]

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

¡No me gusta mucho! Verás, no me gusta mucho. En ciencia es costumbre poner a algo nuevo el nombre de su descubridor. Es solo que hay pocos elementos y esto rara vez sucede. Pero mire cuántas ecuaciones y teoremas en matemáticas llevan el nombre de alguien. ¿Y en medicina? Alzheimer , Parkinson . No tiene nada de especial.

Características

Aparte de las propiedades nucleares, no se han medido otras propiedades del oganesson o sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y costosa [106] y al hecho de que se descompone muy rápidamente. Por tanto, sólo se dispone de 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 predijo.

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 número atómico superior a 82 (después del plomo ) tiene isótopos estables. [107] 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 . [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 elementos superpesados ​​(incluido el oganesson) 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. [109] [110] Oganesson 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 es todavía más largo que algunos valores previstos. [113] [114]

Los cálculos que utilizan un modelo de túnel cuántico predicen la existencia de varios isótopos más pesados ​​de oganesson 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 alcanzando el cierre de concha N  = 184). [113] [117] De estos, 297 Og podría proporcionar las mejores posibilidades para obtener núcleos de vida más larga, [113] [117] y, por lo tanto, podría convertirse en el foco de trabajos futuros con este elemento. Algunos isótopos con muchos más neutrones, como algunos situados alrededor de 313 Og, también podrían proporcionar núcleos de vida más larga. [118]

En un modelo de 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. [119] El cálculo con valores Q teóricos del modelo macroscópico-microscópico de Muntian-Hofman-Patyk-Sobiczewski da resultados algo más bajos pero comparables. [120]

Propiedades atómicas y físicas calculadas.

Oganesson es 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 exterior está completamente llena con ocho electrones . Esto produce una configuración de energía mínima y estable en la que los electrones externos están estrechamente unidos. [121] Se cree que de manera similar, oganesson tiene una capa de valencia exterior cerrada en la que sus electrones de valencia están dispuestos en una configuración 7s 2 7p 6 . [3]

En consecuencia, algunos esperan que el oganesson tenga propiedades físicas y químicas similares a las de otros miembros de su grupo, y que se parezca más al gas noble que se encuentra encima de él en la tabla periódica, el radón . [122] Siguiendo la tendencia periódica , se esperaría que el oganesson fuera ligeramente más reactivo que el radón. Sin embargo, los cálculos teóricos han demostrado que podría ser mucho más reactivo. [7] Además de ser mucho más reactivo que el radón, el oganesson puede ser incluso más reactivo que los elementos flerovium y copernicium , que son homólogos más pesados ​​de los elementos químicamente más activos plomo y mercurio , respectivamente. [3] La razón del posible aumento de la actividad química del oganesson en relación con el radón es una desestabilización energética y una expansión radial de la última subcapa 7p ocupada . [3] Más precisamente, las considerables interacciones espín-órbita entre los electrones 7p y los electrones inertes 7s conducen efectivamente al cierre de una segunda capa de valencia en el flerovium y a una disminución significativa en la estabilización de la capa cerrada de oganesson. [3] También se ha calculado que el oganesson, a diferencia de otros gases nobles, se une a un electrón con liberación de energía, o en otras palabras, exhibe afinidad electrónica positiva , [123] [124] debido al nivel de energía 8s estabilizado relativistamente. y el nivel desestabilizado 7p 3/2 , [125] mientras que se predice que copernicio y flerovium no tendrán afinidad electrónica. [126] [127] Sin embargo, se ha demostrado que las correcciones electrodinámicas cuánticas son bastante significativas para reducir esta afinidad al disminuir la unión en el anión Og - en un 9%, confirmando así la importancia de estas correcciones en elementos superpesados . [123] Los cálculos de 2022 esperan que la afinidad electrónica del oganesson sea 0,080 (6) eV. [8]

Las simulaciones de Monte Carlo de la dinámica molecular del oganesson 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, oganesson se derretiría a ≈220K ). Por lo tanto, el oganesson 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 oganesson tenga una polarizabilidad extremadamente amplia , casi el doble que la del radón. [3] Debido a su tremenda polarizabilidad, se espera que el oganesson tenga una primera energía de ionización anormalmente baja de aproximadamente 860 kJ/mol, similar a la del cadmio y menor que la del iridio , el platino y el oro . Esto es significativamente menor que los valores previstos para darmstadtium , roentgenium y copernicium, aunque es mayor que el previsto para flerovium. [128] Su segunda energía de ionización debería ser de alrededor de 1560 kJ/mol. [8] Incluso la estructura de capas en el núcleo y la nube de electrones de oganesson se ve fuertemente afectada por efectos relativistas: se espera que las subcapas de electrones de valencia y núcleo en oganesson estén "manchadas" en un gas homogéneo de electrones de Fermi , a diferencia de los del oganesson. radón y xenón "menos relativistas" (aunque hay una deslocalización incipiente en el radón), debido a la muy fuerte división espín-órbita del orbital 7p en oganesson. [129] Un efecto similar para los nucleones, particularmente los neutrones, es incipiente en el núcleo de capa cerrada de neutrones 302 Og y tiene una fuerte fuerza en el hipotético núcleo superpesado de capa cerrada 472 164, con 164 protones y 308 neutrones. [129] Los estudios también han predicho que debido al aumento de las fuerzas electrostáticas, el oganesson puede tener una estructura de semiburbuja en densidad de protones, teniendo pocos protones en el centro de su núcleo. [130] [131] Además, los efectos espín-órbita pueden hacer que el oganesson en masa sea un semiconductor , con una banda prohibida de1,5 ± 0,6  eV previsto. 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. [132]

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 terahédrica con un átomo central (oganesson) unido simétricamente a cuatro átomos periféricos (flúor).
OgF
4Se predice que tendrá una geometría molecular tetraédrica.

El único isótopo confirmado del oganesson, 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 oganesson. [75] Sin embargo, desde 1964 se han realizado cálculos sobre compuestos teóricos . [11] Se espera que si la energía de ionización del elemento es lo suficientemente alta, será difícil oxidarlo y por lo tanto, el estado de oxidación más común sería 0. (en cuanto a los gases nobles); [133] sin embargo, este no parece ser el caso. [sesenta y cinco]

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 del 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 oganesson) que es menor que la del RnH + . [3]

Se predice que el enlace entre el oganesson y el hidrógeno en OgH será muy débil y puede considerarse como una interacción pura de van der Waals en lugar de un verdadero enlace químico . [6] Por otro lado, con elementos altamente electronegativos, el oganesson parece formar compuestos más estables que, por ejemplo, el copernicio o el flerovium . [6] Se ha predicho que los estados de oxidación estables +2 y +4 existen en los fluoruros OgF.
2y ogf
4. [134] El estado +6 sería menos estable debido a la fuerte unión del subnivel 7p 1/2 . [65] Esto es el resultado de las mismas interacciones espín-órbita que hacen que el oganesson sea inusualmente reactivo. Por ejemplo, se demostró que la reacción de oganesson con F
2para formar el compuesto OgF
2liberaría una energía de 106 kcal/mol de las cuales unas 46 kcal/mol provienen de estas interacciones. [6] A modo de comparación, la interacción espín-órbita para la molécula similar RnF
2es 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 uno de XeF4, cual RnF
4también se espera que tenga; [134] 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 (también se espera que RnF 6 sea mucho menos estable que XeF 6 ). [135] [136] El enlace Og-F probablemente será iónico en lugar de covalente , lo que hará que los fluoruros de oganesson no sean volátiles. [7] [137] Se predice que OgF 2 es parcialmente iónico debido a la alta electropositividad del oganesson . [138] Se predice que Oganesson será suficientemente electropositivo [138] para formar un enlace Og-Cl con cloro . [7]

Se ha predicho que un compuesto de oganesson y tennessina , OgTs 4 , es potencialmente estable químicamente. [139]

Ver también

Notas

  1. ^ Los nombres einsteinio y fermio para los elementos 99 y 100 se propusieron cuando sus homónimos ( Albert Einstein y Enrico Fermi respectivamente) todavía estaban vivos, pero no se hicieron oficiales hasta que Einstein y Fermi murieron. [18]
  2. ↑ En física nuclear , un elemento se llama pesado si su número atómico es elevado; El plomo (elemento 82) es un ejemplo de un elemento tan pesado. El término "elementos superpesados" normalmente se refiere 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 "transactinida", que pone un límite superior antes del comienzo de la hipotética serie de superactínidas ). [22] Los términos "isótopos pesados" (de un elemento dado) y "núcleos pesados" significan lo que podría entenderse en el lenguaje común: isótopos de gran masa (para el elemento dado) y núcleos de gran masa, respectivamente.
  3. ^ En 2009, un equipo del JINR dirigido por Oganessian publicó los resultados de su intento de crear hasio en una reacción simétrica de 136 Xe +  136 Xe. No pudieron observar ni un solo átomo en tal reacción, fijando 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 de hasio, 208 Pb + 58 Fe, tenía 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
    En la 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 el valor máximo de 380 mb. [28]
  5. ^ Esta cifra también marca el límite superior generalmente aceptado de vida útil de un núcleo compuesto. [33]
  6. ^ Esta separación se basa en que los núcleos resultantes pasan más allá del objetivo más lentamente que los núcleos del haz que no reaccionaron. El separador contiene campos eléctricos y magnéticos cuyos efectos sobre una partícula en movimiento se anulan para una velocidad específica de una partícula. [35] Esta separación también puede verse favorecida por una medición del tiempo de vuelo y una medición de la energía de retroceso; una combinación de los dos puede permitir estimar la masa de un núcleo. [36]
  7. ^ No todos los modos de desintegración son causados ​​por repulsión electrostática. Por ejemplo, la desintegración beta es causada por la interacción débil . [43]
  8. ^ En la década de 1960 ya 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 había estructura nuclear en los núcleos superpesados ​​porque 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 mediciones directas, pero en su mayor parte no están disponibles para núcleos superpesados. [53] La primera medición directa de la masa de un núcleo superpesado se informó en 2018 en 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 se debe preservar el impulso total de un sistema aislado antes y después de la desintegración , el núcleo hijo también recibiría una pequeña velocidad. La relación entre las dos velocidades y, por consiguiente, la relación entre las energías cinéticas, sería pues inversa a la relación entre 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 también son válidos para un experimento, pero la diferencia es que el núcleo no se mueve después de la desintegración porque está atado al detector.
  11. ^ La fisión espontánea fue descubierta por el físico soviético Georgy Flerov , [56] un destacado científico del JINR y, por tanto, fue un "caballo de batalla" para la instalación. [57] Por el contrario, los científicos del LBL creían que la información de fisión no era suficiente para afirmar la síntesis de un elemento. Creían que la fisión espontánea no se había estudiado lo suficiente como para utilizarla en la identificación de un nuevo elemento, ya que era difícil establecer que un núcleo compuesto sólo 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 sucesivas desintegraciones alfa. [56]
  12. ↑ Por ejemplo, el elemento 102 fue identificado erróneamente en 1957 en el Instituto Nobel de Física de Estocolmo , condado de Estocolmo , Suecia . [58] No hubo afirmaciones definitivas anteriores sobre la creación de este elemento, y sus descubridores suecos, estadounidenses y británicos le asignaron un nombre: nobelium . Más tarde se demostró que la identificación era incorrecta. [59] Al 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, joliotium ; [60] el nombre soviético tampoco fue aceptado (JINR luego 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 "nobelium" 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 del elemento es оганесон, letra por letra oganeson . Oganessian es la versión rusificada del apellido armenio Hovhannisyan ( armenio : ɔvhɑnnisˈjɑn ] ). Significa "hijo de Hovhannes ", es decir, "hijo de Juan". Es el apellido más común en Armenia .

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Bibliografía

Otras lecturas

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