Una tabla periódica ampliada teoriza sobre elementos químicos más allá de los actualmente conocidos y probados. El elemento con mayor número atómico conocido es el oganesson ( Z = 118), que completa el séptimo período (fila) de la tabla periódica . Todos los elementos del octavo período y posteriores siguen siendo, por tanto, puramente hipotéticos.
Los elementos más allá de 118 se colocarán en períodos adicionales cuando se descubran, dispuestos (al igual que con los períodos existentes) para ilustrar tendencias que se repiten periódicamente en las propiedades de los elementos. Se espera que cualquier período adicional contenga más elementos que el séptimo período, ya que se calcula que tienen un llamado bloque g adicional , que contiene al menos 18 elementos con orbitales g parcialmente llenos en cada período. Glenn T. Seaborg sugirió una tabla de ocho períodos que contiene este bloque en 1969. [1] [2] El primer elemento del bloque g puede tener el número atómico 121 y, por lo tanto, tendría el nombre sistemático de unbiunio . A pesar de muchas búsquedas, no se ha sintetizado ni descubierto en la naturaleza ningún elemento de esta región. [3]
Según la aproximación orbital en las descripciones de la mecánica cuántica de la estructura atómica, el bloque g correspondería a elementos con orbitales g parcialmente llenos, pero los efectos del acoplamiento espín-órbita reducen sustancialmente la validez de la aproximación orbital para elementos de alto número atómico. La versión de Seaborg del período extendido tenía los elementos más pesados siguiendo el patrón establecido por los elementos más ligeros, ya que no tenía en cuenta los efectos relativistas . Los modelos que tienen en cuenta los efectos relativistas predicen que el patrón se romperá. Pekka Pyykkö y Burkhard Fricke utilizaron modelos informáticos para calcular las posiciones de elementos hasta Z = 172, y descubrieron que varios estaban desplazados de la regla de Madelung . [4] Como resultado de la incertidumbre y la variabilidad en las predicciones de las propiedades químicas y físicas de los elementos más allá de 120, actualmente no hay consenso sobre su ubicación en la tabla periódica ampliada.
Es probable que los elementos de esta región sean muy inestables con respecto a la desintegración radiactiva y sufran desintegración alfa o fisión espontánea con vidas medias extremadamente cortas , aunque se supone que el elemento 126 se encuentra dentro de una isla de estabilidad que es resistente a la fisión pero no a la alfa. decadencia. También pueden ser posibles otras islas de estabilidad más allá de los elementos conocidos, incluida una teorizada en torno al elemento 164, aunque el alcance de los efectos estabilizadores de los proyectiles nucleares cerrados es incierto. No está claro cuántos elementos más allá de la isla de estabilidad esperada son físicamente posibles, si el período 8 está completo o si hay un período 9. La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) define que un elemento existe si su vida útil dura más de 10 −14 segundos (0,01 picosegundos o 10 femtosegundos), que es el tiempo que tarda el núcleo en formar una nube de electrones . [5]
Ya en 1940, se observó que una interpretación simplista de la ecuación relativista de Dirac tropieza con problemas con los orbitales de los electrones en Z > 1/α ≈ 137, lo que sugiere que los átomos neutros no pueden existir más allá del elemento 137, y que una tabla periódica de elementos basada por lo tanto, en este punto se descompone. [6] Por otro lado, un análisis más riguroso calcula que el límite análogo es Z ≈ 168–172 donde la subcapa 1s se sumerge en el mar de Dirac , y que en cambio no son átomos neutros los que no pueden existir más allá de este punto, sino átomos desnudos. núcleos, por lo que no supone ningún obstáculo para una mayor extensión del sistema periódico. Los átomos que se encuentran más allá de este número atómico crítico se denominan átomos supercríticos .
La existencia de elementos más allá de los actínidos se propuso por primera vez en 1895, cuando el químico danés Hans Peter Jørgen Julius Thomsen predijo que el torio y el uranio formaban parte de un período de 32 elementos que terminaría en un elemento químicamente inactivo con peso atómico 292 (no muy lejos). del 294 para el único isótopo conocido de oganesson ). En 1913, el físico sueco Johannes Rydberg predijo de manera similar que el siguiente gas noble después del radón tendría número atómico 118, y derivó de manera puramente formal congéneres aún más pesados del radón en Z = 168, 218, 290, 362 y 460, exactamente donde el principio de Aufbau predeciría que lo serían. Niels Bohr predijo en 1922 la estructura electrónica de este siguiente gas noble en Z = 118, y sugirió que la razón por la cual los elementos más allá del uranio no se veían en la naturaleza era porque eran demasiado inestables. El físico e ingeniero alemán Richard Swinne publicó un artículo de revisión en 1926 que contenía predicciones sobre los elementos transuránicos (quizá haya acuñado el término) en el que anticipaba las predicciones modernas de una isla de estabilidad : planteó por primera vez en 1914 la hipótesis de que las vidas medias no deberían disminuye estrictamente con el número atómico, pero sugirió en cambio que podría haber algunos elementos de vida más larga en Z = 98-102 y Z = 108-110, y especuló que tales elementos podrían existir en el núcleo de la Tierra , en meteoritos de hierro o en el casquetes polares de Groenlandia donde habían estado encerrados desde su supuesto origen cósmico. [7] En 1955, estos elementos se denominaron elementos superpesados . [8]
Las primeras predicciones sobre las propiedades de elementos superpesados no descubiertos se hicieron en 1957, cuando se exploró por primera vez el concepto de proyectiles nucleares y se teorizó que existía una isla de estabilidad alrededor del elemento 126. [9] En 1967, se realizaron cálculos más rigurosos y se Se teorizó que la isla de estabilidad estaba centrada en el entonces no descubierto flerovium (elemento 114); Este y otros estudios posteriores motivaron a muchos investigadores a buscar elementos superpesados en la naturaleza o intentar sintetizarlos en aceleradores. [8] En la década de 1970 se llevaron a cabo muchas búsquedas de elementos superpesados, todas con resultados negativos. En abril de 2022 , se ha intentado la síntesis de todos los elementos hasta unbiseptium ( Z[update] = 127) inclusive , excepto unbitrium ( Z = 123), [10] [11] [12], siendo el elemento más pesado sintetizado con éxito el oganesson en 2002. y el descubrimiento más reciente fue el de tennessine en 2010. [10]
Como se predijo que algunos elementos superpesados se encontraban más allá de la tabla periódica de siete períodos, Glenn T. Seaborg propuso por primera vez en 1969 un octavo período adicional que contenía estos elementos. Este modelo continuó el patrón en elementos establecidos e introdujo un nuevo bloque g y Serie de superactínidos que comienza en el elemento 121, lo que aumenta el número de elementos en el período 8 en comparación con los períodos conocidos. [1] [2] [8] Sin embargo, estos primeros cálculos no tuvieron en cuenta los efectos relativistas que rompen las tendencias periódicas y hacen imposible una simple extrapolación. En 1971, Fricke calculó la tabla periódica hasta Z = 172 y descubrió que algunos elementos tenían propiedades diferentes que rompen el patrón establecido, [4] y un cálculo de 2010 realizado por Pekka Pyykkö también señaló que varios elementos podrían comportarse de manera diferente a lo esperado. [13] Se desconoce hasta qué punto la tabla periódica podría extenderse más allá de los 118 elementos conocidos, ya que se predice que los elementos más pesados serán cada vez más inestables. Glenn T. Seaborg sugirió que, en la práctica, el final de la tabla periódica podría llegar alrededor de Z = 120 debido a la inestabilidad nuclear. [14]
Actualmente no existe consenso sobre la ubicación de los elementos más allá del número atómico 120 en la tabla periódica.
Todos los elementos hipotéticos reciben un nombre de elemento sistemático de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) , para su uso hasta que el elemento haya sido descubierto, confirmado y aprobado un nombre oficial. Por lo general, estos nombres no se utilizan en la literatura y, en cambio, se hace referencia a los elementos por sus números atómicos; por lo tanto, el elemento 164 no suele denominarse "unhexquadium" o "Uhq" (el nombre y símbolo sistemático), sino "elemento 164" con el símbolo "164", "(164)" o "E164". [15]
En el elemento 118, se supone que los orbitales 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4p, 4d, 4f, 5s, 5p, 5d, 5f, 6s, 6p, 6d, 7s y 7p están llenos, con los orbitales restantes están vacíos. Una simple extrapolación del principio de Aufbau predeciría que la octava fila llenaría orbitales del orden 8s, 5g, 6f, 7d, 8p; pero después del elemento 120, la proximidad de las capas de electrones hace que la colocación en una tabla simple sea problemática.
No todos los modelos muestran los elementos superiores siguiendo el patrón establecido por los elementos más ligeros. Burkhard Fricke et al., que llevaron a cabo cálculos hasta el elemento 184 en un artículo publicado en 1971, también encontraron que algunos elementos estaban desplazados de la regla de ordenación de energía de Madelung como resultado de orbitales superpuestos; esto se debe al papel cada vez mayor de los efectos relativistas en los elementos pesados (describen propiedades químicas hasta el elemento 184, pero solo dibujan una tabla para el elemento 172). [4] [16]
El formato de Fricke et al. se centra más en configuraciones electrónicas formales que en el comportamiento químico probable. Colocan los elementos 156–164 en los grupos 4–12 porque formalmente sus configuraciones deberían ser 7d 2 a 7d 10 . Sin embargo, se diferencian de los elementos d anteriores en que la capa 8s no está disponible para el enlace químico: en cambio, la capa 9s sí lo está. Así, Fricke et al. señalan el elemento 164 con 7d 10 9s 0 . son análogos al paladio con 4d 10 5s 0 , y consideran que los elementos 157-172 tienen analogías químicas con los grupos 3-18 (aunque son ambivalentes sobre si los elementos 165 y 166 se parecen más a los elementos del grupo 1 y 2 o más al grupo 11 y 12 elementos, respectivamente). Por lo tanto, los elementos 157 a 164 se colocan en su tabla en un grupo que los autores no creen que sea químicamente más análogo. [17]
Nefedov , Trzhaskovskaya y Yarzhemskii llevaron a cabo cálculos hasta 164 (resultados publicados en 2006). Consideraron que los elementos 158 a 164 eran homólogos de los grupos 4 a 10, y no del 6 al 12, y observaron similitudes en las configuraciones electrónicas con los metales de transición del período 5 (por ejemplo, elemento 159 7d 4 9s 1 frente a Nb 4d 4 5s 1 , elemento 160 7d 5 9s 1 vs Mo 4d 5 5s 1 , elemento 162 7d 7 9s 1 vs Ru 4d 7 5s 1 , elemento 163 7d 8 9s 1 vs Rh 4d 8 5s 1 , elemento 164 7d 10 9s 0 vs Pd 4d 10 5s 0 ). Por tanto, están de acuerdo con Fricke et al. sobre los grupos químicamente más análogos, pero se diferencian de ellos en que Nefedov et al. en realidad ubican elementos en los grupos químicamente más análogos. A Rg y Cn se les asigna un asterisco para reflejar configuraciones diferentes de Au y Hg (en la publicación original se dibujan desplazados en la tercera dimensión). De hecho, Cn probablemente tenga una configuración análoga a la de Hg, y la diferencia de configuración entre Pt y Ds no es marcada. [18]
Pekka Pyykkö utilizó modelos informáticos para calcular las posiciones de elementos hasta Z = 172 y sus posibles propiedades químicas en un artículo publicado en 2011. Reprodujo el orden orbital de Fricke et al. y propuso un refinamiento de su tabla asignando formalmente ranuras. a los elementos 121-164 según configuraciones iónicas. [13]
Para mantener los electrones, Pyykkö coloca algunos elementos fuera de orden: así, 139 y 140 se colocan en los grupos 13 y 14 para reflejar que la capa 8p 1/2 necesita llenarse, y distingue 5g, 8p 1/2 separados , y serie 6f. [13] Fricke et al. y Nefedov et al. No intentes romper estas series. [17] [18]
El químico computacional Andrey Kulsha ha sugerido dos formas de la tabla periódica extendida hasta 172 que se basan y refinan las versiones de Nefedov et al. hasta 164 con referencia a los cálculos de Pyykkö. [19] Según sus probables propiedades químicas, ambas formas colocan los elementos 157-172 como congéneres del octavo período del itrio al xenón en el quinto período; [19] esto amplía la colocación de Nefedov et al. de 157-164 bajo itrio a través de paladio, [18] y concuerda con las analogías químicas dadas por Fricke et al. [17]
Kulsha sugirió dos formas de abordar los elementos 121-156, que carecen de analogías precisas entre los elementos anteriores. En su primera forma (2011, después de la publicación del artículo de Pyykkö), [19] los elementos 121-138 y 139-156 se colocan como dos filas separadas (llamadas juntas "elementos de ultratransición"), relacionadas mediante la adición de una subcapa 5g 18 en el núcleo, ya que según los cálculos de Pyykkö sobre los estados de oxidación, [13] deberían imitar respectivamente a los lantánidos y actínidos. [19] [20] En su segunda sugerencia (2016), los elementos 121-142 forman un bloque g (ya que tienen actividad 5g), mientras que los elementos 143-156 forman un bloque f colocado debajo del actinio a través del nobelio. [21]
Así, el período 8 emerge con 54 elementos, y el siguiente elemento noble después del 118 es 172. [22]
En 2023, Smits, Düllmann, Indelicato, Nazarewicz y Schwerdtfeger hicieron otro intento de ubicar los elementos del 119 al 170 en la tabla periódica en función de sus configuraciones electrónicas. Algunos elementos (121–124 y 168) no pudieron ubicarse de manera inequívoca. El elemento 145 aparece dos veces, algunos lugares tienen doble ocupación y otros están vacíos. [23]
Se han hecho intentos fallidos de sintetizar los elementos del período 8 hasta unbiseptium, excepto unbitrium. Los intentos de sintetizar ununennium, el primer elemento del período 8, están en curso a partir de 2024 [update].
La síntesis del elemento 119 ( ununennio ) se intentó por primera vez en 1985 bombardeando un objetivo de einstenio-254 con iones calcio-48 en el acelerador superHILAC en Berkeley, California:
No se identificaron átomos, lo que llevó a una sección transversal límite de 300 nb . [24] Cálculos posteriores sugieren que la sección transversal de la reacción 3n (que daría como resultado 299 119 y tres neutrones como productos) sería en realidad seiscientas mil veces menor que este límite superior, de 0,5 pb. [25]
De abril a septiembre de 2012, se intentó sintetizar los isótopos 295 119 y 296 119 bombardeando un objetivo de berkelio -249 con titanio -50 en el Centro GSI Helmholtz de Investigación de Iones Pesados en Darmstadt , Alemania. [26] [27] Con base en la sección transversal teóricamente predicha, se esperaba que se sintetizaría un átomo de ununenio dentro de los cinco meses posteriores al comienzo del experimento. [28] Además, a medida que el berkelio-249 se descompone en californio -249 (el siguiente elemento) con una vida media corta de 327 días, esto permitió buscar los elementos 119 y 120 simultáneamente. [29]
Originalmente se planeó que el experimento continuara hasta noviembre de 2012, [30] pero se detuvo antes de tiempo para utilizar el objetivo de 249 Bk para confirmar la síntesis de tennessina (cambiando así los proyectiles a 48 Ca). [31] Se predijo que esta reacción entre 249 Bk y 50 Ti sería la reacción práctica más favorable para la formación del elemento 119, [27] ya que es bastante asimétrica, [28] aunque también algo fría. [31] (La reacción entre 254 Es y 48 Ca sería superior, pero preparar cantidades de miligramos de 254 Es para un objetivo es difícil.) [28] Sin embargo, el cambio necesario de la "bala de plata" de 48 Ca a 50 Ti divide el rendimiento esperado del elemento 119 en aproximadamente veinte, ya que el rendimiento depende en gran medida de la asimetría de la reacción de fusión. [28]
Debido a las cortas vidas medias previstas, el equipo de GSI utilizó nuevos dispositivos electrónicos "rápidos" capaces de registrar eventos de desintegración en microsegundos. [27] No se identificaron átomos del elemento 119, lo que implica una sección transversal límite de 70 fb. [31] La sección transversal real prevista es de alrededor de 40 fb, que está en los límites de la tecnología actual. [28]
El equipo de RIKEN en Wakō , Japón, comenzó a bombardear objetivos de curio -248 con un haz de vanadio -51 en enero de 2018 [32] para buscar el elemento 119. Se eligió curio como objetivo, en lugar de berkelio o californio, más pesados, ya que estos objetivos más pesados son difíciles de preparar. [33] Los objetivos de 248 cm fueron proporcionados por el Laboratorio Nacional Oak Ridge . RIKEN desarrolló un haz de vanadio de alta intensidad. [34] El experimento comenzó en un ciclotrón mientras RIKEN actualizaba sus aceleradores lineales; la actualización se completó en 2020. [35] El bombardeo puede continuar con ambas máquinas hasta que se observe el primer evento; Actualmente, el experimento se ejecuta de forma intermitente durante al menos 100 días al año. [36] [33] Los esfuerzos del equipo RIKEN están siendo financiados por el Emperador de Japón . [37] El equipo del JINR planea intentar la síntesis del elemento 119 en el futuro, probablemente utilizando la reacción 243 Am + 54 Cr, pero no se ha publicado públicamente un plazo preciso. [38] [39]
Tras su éxito en la obtención de oganesson mediante la reacción entre 249 Cf y 48 Ca en 2006, el equipo del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) en Dubna inició experimentos similares en marzo-abril de 2007, con la esperanza de crear el elemento 120 (unbinilium). de núcleos de 58 Fe y 244 Pu . [40] [41] Se predice que los isótopos de unbinilium tendrán vidas medias de desintegración alfa del orden de microsegundos . [42] [43] El análisis inicial reveló que no se produjeron átomos del elemento 120, lo que proporciona un límite de 400 fb para la sección transversal a la energía estudiada. [44]
El equipo ruso tenía previsto mejorar sus instalaciones antes de intentar de nuevo la reacción. [44]
En abril de 2007, el equipo del Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados en Darmstadt , Alemania, intentó crear el elemento 120 utilizando uranio -238 y níquel -64: [45]
No se detectaron átomos, lo que proporcionó un límite de 1,6 pb para la sección transversal a la energía proporcionada. El GSI repitió el experimento con mayor sensibilidad en tres ejecuciones separadas en abril-mayo de 2007, enero-marzo de 2008 y septiembre-octubre de 2008, todas con resultados negativos, alcanzando un límite de sección transversal de 90 fb. [45]
En junio-julio de 2010, y nuevamente en 2011, después de actualizar su equipo para permitir el uso de objetivos más radiactivos, los científicos del GSI intentaron la reacción de fusión más asimétrica: [46]
Se esperaba que el cambio en la reacción quintuplicaría la probabilidad de sintetizar el elemento 120, [47] ya que el rendimiento de tales reacciones depende en gran medida de su asimetría. [28] Se observaron tres señales correlacionadas que coincidían con las energías de desintegración alfa predichas de 299 120 y su hija 295 Og, así como con la energía de desintegración conocida experimentalmente de su nieta 291 Lv . Sin embargo, la vida útil de estas posibles desintegraciones fue mucho más larga de lo esperado y los resultados no pudieron confirmarse. [48] [49] [46]
En agosto-octubre de 2011, un equipo diferente del GSI que utilizaba las instalaciones de TASCA intentó una reacción nueva, aún más asimétrica: [50] [31]
Esto también se intentó sin éxito el año siguiente durante el intento antes mencionado de hacer que el elemento 119 estuviera en la reacción de 249 Bk+ 50 Ti, cuando 249 Bk decae a 249 Cf. Debido a su asimetría, [51] se predijo que la reacción entre 249 Cf y 50 Ti sería la reacción práctica más favorable para sintetizar unbinilium, aunque también es algo fría. No se identificaron átomos de unbinilium, lo que implica una sección transversal límite de 200 fb. [31] Jens Volker Kratz predijo que la sección transversal máxima real para producir el elemento 120 mediante cualquiera de estas reacciones sería de alrededor de 0,1 fb; [52] en comparación, el récord mundial para la sección transversal más pequeña de una reacción exitosa fue 30 fb para la reacción 209 Bi( 70 Zn,n) 278 Nh , [28] y Kratz predijo una sección transversal máxima de 20 fb para produciendo el elemento vecino 119. [52] Si estas predicciones son precisas, entonces sintetizar el elemento 119 estaría en los límites de la tecnología actual, y sintetizar el elemento 120 requeriría nuevos métodos. [52]
En mayo de 2021, JINR anunció planes para investigar la reacción de 249 Cf+ 50 Ti en sus nuevas instalaciones. Sin embargo, el objetivo de 249 Cf tendría que haber sido fabricado por el Laboratorio Nacional Oak Ridge en los Estados Unidos, [53] y después de que comenzara la invasión rusa de Ucrania en febrero de 2022, la colaboración entre el JINR y otros institutos cesó por completo debido a las sanciones. . [54] En consecuencia, el JINR ahora planea probar la reacción 248 Cm+ 54 Cr. A finales de 2023 se llevó a cabo un experimento preparatorio para el uso de proyectiles de 54 Cr, en el que se sintetizó con éxito 288 Lv en la reacción de 238 U+ 54 Cr, [55] y se espera que los experimentos para sintetizar el elemento 120 comiencen en 2025. [56]
A partir de 2022, [34] también se han hecho planes para utilizar un ciclotrón de 88 pulgadas en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) en Berkeley , California , Estados Unidos, para intentar fabricar nuevos elementos utilizando proyectiles de 50 Ti. El plan es probarlos primero en un objetivo de plutonio para crearlivermorium ( elemento 116) a finales de 2023. Si esto tiene éxito, comenzará un intento de crear el elemento 120 en la reacción 249 Cf+ 50 Ti, probablemente en 2024 como muy pronto. [57] [58]
La síntesis del elemento 121 (unbiunio) se intentó por primera vez en 1977 bombardeando un objetivo de uranio-238 con iones de cobre -65 en la Gesellschaft für Schwerionenforschung en Darmstadt , Alemania:
No se identificaron átomos. [11]
Los primeros intentos de sintetizar el elemento 122 (unbibium) fueron realizados en 1972 por Flerov et al. en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR), utilizando reacciones de fusión caliente inducidas por iones pesados: [10]
Estos experimentos fueron motivados por predicciones tempranas sobre la existencia de una isla de estabilidad en N = 184 y Z > 120. No se detectaron átomos y se midió un límite de rendimiento de 5 nb (5000 pb ). Los resultados actuales (ver flerovium ) han demostrado que la sensibilidad de estos experimentos era demasiado baja en al menos 3 órdenes de magnitud. [12]
En 2000, el Centro Helmholtz de Investigación de Iones Pesados de la Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) realizó un experimento muy similar con una sensibilidad mucho mayor: [10]
Estos resultados indican que la síntesis de elementos tan pesados sigue siendo un desafío importante y se requieren mayores mejoras en la intensidad del haz y la eficiencia experimental. La sensibilidad debe aumentarse a 1 fb en el futuro para obtener resultados de mayor calidad.
Otro intento fallido de sintetizar el elemento 122 se llevó a cabo en 1978 en el Centro GSI Helmholtz, donde un objetivo natural de erbio fue bombardeado con iones de xenón-136 : [10]
En particular, se esperaba que la reacción entre 170 Er y 136 Xe produjera emisores alfa con vidas medias de microsegundos que se descompondrían en isótopos de flerovium con vidas medias que tal vez aumentarían hasta varias horas, ya que se predice que flerovium se encuentra cerca de el centro de la isla de la estabilidad . Después de doce horas de irradiación no se encontró nada en esta reacción. Tras un intento fallido similar de sintetizar el elemento 121 a partir de 238 U y 65 Cu, se concluyó que las vidas medias de los núcleos superpesados deben ser inferiores a un microsegundo o las secciones transversales son muy pequeñas. [59] Investigaciones más recientes sobre la síntesis de elementos superpesados sugieren que ambas conclusiones son ciertas. [28] [60] Los dos intentos en la década de 1970 para sintetizar el elemento 122 fueron impulsados por la investigación que investigaba si los elementos superpesados podrían existir potencialmente de forma natural. [10]
Entre 2000 y 2004 se realizaron en el Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares varios experimentos que estudiaban las características de fisión de varios núcleos compuestos superpesados, como el 306 122* . Se utilizaron dos reacciones nucleares, a saber, 248 Cm + 58 Fe y 242 Pu + 64 Ni. [10] Los resultados revelan cómo los núcleos superpesados se fisionan predominantemente expulsando núcleos de capa cerrada como el 132 Sn ( Z = 50, N = 82). También se descubrió que el rendimiento de la vía de fusión-fisión era similar entre los proyectiles de 48 Ca y 58 Fe, lo que sugiere un posible uso futuro de proyectiles de 58 Fe en la formación de elementos superpesados. [61]
Los científicos del GANIL (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds) intentaron medir la fisión directa y retardada de núcleos compuestos de elementos con Z = 114, 120 y 124 para investigar los efectos de las capas en esta región y localizar el siguiente protón esférico. caparazón. Esto se debe a que tener capas nucleares completas (o, equivalentemente, tener un número mágico de protones o neutrones ) conferiría más estabilidad a los núcleos de tales elementos superpesados, acercándose así a la isla de estabilidad . En 2006, y los resultados completos se publicaron en 2008, el equipo proporcionó resultados de una reacción que implicaba el bombardeo de un objetivo natural de germanio con iones de uranio:
El equipo informó que habían podido identificar núcleos compuestos que se fisionaban con vidas medias > 10 −18 s. Este resultado sugiere un fuerte efecto estabilizador en Z = 124 y apunta a la siguiente capa de protones en Z > 120, no en Z = 114 como se pensaba anteriormente. Un núcleo compuesto es una combinación suelta de nucleones que aún no se han organizado en capas nucleares. No tiene estructura interna y se mantiene unido únicamente por las fuerzas de colisión entre el objetivo y los núcleos del proyectil. Se estima que se necesitan alrededor de 10 −14 s para que los nucleones se organicen en capas nucleares, momento en el cual el núcleo compuesto se convierte en un nucleido , y la IUPAC utiliza este número como la vida media mínima que debe tener un isótopo declarado. potencialmente ser reconocido como descubierto. Por tanto, los experimentos de GANIL no cuentan como un descubrimiento del elemento 124 . [10]
La fisión del núcleo compuesto 312 124 también se estudió en 2006 en el acelerador tándem de iones pesados ALPI en el Laboratori Nazionali di Legnaro (Laboratorios Nacionales de Legnaro) en Italia: [62]
De manera similar a experimentos anteriores realizados en el JINR ( Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear ), los fragmentos de fisión se agruparon alrededor de núcleos doblemente mágicos como el 132 Sn ( Z = 50, N = 82), lo que revela una tendencia de los núcleos superpesados a expulsar dichos núcleos doblemente mágicos en fisión. [61] También se encontró que el número promedio de neutrones por fisión del núcleo compuesto 312 124 (en relación con los sistemas más livianos) aumenta, lo que confirma que la tendencia de que los núcleos más pesados emitan más neutrones durante la fisión continúa en la región de masas superpesadas. [62]
El primer y único intento de sintetizar el elemento 125 (unbipentium) se llevó a cabo en Dubna en 1970-1971 utilizando iones de zinc y un objetivo de americio-243 : [12]
No se detectaron átomos y se determinó un límite de sección transversal de 5 nb. Este experimento fue motivado por la posibilidad de una mayor estabilidad para los núcleos alrededor de Z ~ 126 y N ~ 184, [12] aunque investigaciones más recientes sugieren que la isla de estabilidad puede encontrarse en un número atómico más bajo (como el copernicio , Z = 112). , y la síntesis de elementos más pesados, como el elemento 125, requerirá experimentos más sensibles. [28]
El primer y único intento de sintetizar el elemento 126 (unbihexio), que no tuvo éxito, fue realizado en 1971 en el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) por René Bimbot y John M. Alexander utilizando la reacción de fusión en caliente: [10]
Se observaron partículas alfa de alta energía (13–15 MeV ) y se tomaron como posible evidencia de la síntesis del elemento 126. Experimentos posteriores fallidos con mayor sensibilidad sugieren que la sensibilidad de 10 mb de este experimento era demasiado baja; por tanto, la formación de núcleos del elemento 126 en esta reacción es muy improbable. [8]
El primer y único intento de sintetizar el elemento 127 (unbiseptio), que no tuvo éxito, se realizó en 1978 en el acelerador UNILAC en el Centro GSI Helmholtz, donde un objetivo natural de tantalio fue bombardeado con iones de xenón -136: [10]
Un estudio realizado en 1976 por un grupo de investigadores estadounidenses de varias universidades propuso que los elementos primordiales superpesados, principalmente ellivermorium , elementos 124, 126 y 127, podrían ser una causa de daños por radiación inexplicables (particularmente radiohalos ) en los minerales. [8] Esto impulsó a muchos investigadores a buscarlas en la naturaleza entre 1976 y 1983. Un grupo dirigido por Tom Cahill, profesor de la Universidad de California en Davis , afirmó en 1976 que habían detectado partículas alfa y rayos X con la energías adecuadas para provocar el daño observado, sustentando la presencia de estos elementos. En particular, se conjeturó la presencia de núcleos de vida larga (del orden de 10 9 años) de los elementos 124 y 126, junto con sus productos de desintegración, con una abundancia de 10 −11 en relación con sus posibles congéneres uranio y plutonio . [63] Otros afirmaron que no se había detectado ninguno y cuestionaron las características propuestas de los núcleos superpesados primordiales. [8] En particular, citaron que cualquier núcleo superpesado de este tipo debe tener una capa de neutrones cerrada en N = 184 o N = 228, y esta condición necesaria para una mayor estabilidad sólo existe en isótopos deficientes en neutrones delivermorium o isótopos ricos en neutrones de los otros. elementos que no serían beta-estables [8] a diferencia de la mayoría de los isótopos naturales. [64] También se propuso que esta actividad fuera causada por transmutaciones nucleares en cerio natural , lo que genera más ambigüedad sobre esta supuesta observación de elementos superpesados. [8]
El 24 de abril de 2008, un grupo dirigido por Amnon Marinov de la Universidad Hebrea de Jerusalén afirmó haber encontrado átomos individuales de 292 122 en depósitos de torio naturales con una abundancia de entre 10 −11 y 10 −12 en relación con el torio. [65] La reclamación de Marinov et al. fue criticado por una parte de la comunidad científica. Marinov afirmó que había enviado el artículo a las revistas Nature y Nature Physics , pero ambas lo rechazaron sin enviarlo para revisión por pares. [66] Se afirmó que los 292 122 átomos eran isómeros superdeformados o hiperdeformados , con una vida media de al menos 100 millones de años. [10]
Una crítica a la técnica, utilizada anteriormente para supuestamente identificar isótopos de torio más ligeros mediante espectrometría de masas , [67] se publicó en Physical Review C en 2008. [68] Se publicó una refutación del grupo Marinov en Physical Review C después del comentario publicado. [69]
Una repetición del experimento con torio utilizando el método superior de espectrometría de masas con acelerador (AMS) no pudo confirmar los resultados, a pesar de una sensibilidad 100 veces mejor. [70] Este resultado arroja dudas considerables sobre los resultados de la colaboración de Marinov con respecto a sus afirmaciones de isótopos de larga duración de torio , [67] roentgenio [71] y elemento 122. [65] Todavía es posible que rastros de unbibium Es posible que solo exista en algunas muestras de torio, aunque esto es poco probable. [10]
La posible extensión actual de los elementos superpesados primordiales en la Tierra es incierta. Incluso si se confirma que causaron el daño por radiación hace mucho tiempo, es posible que ahora se hayan descompuesto hasta quedar en meros rastros, o incluso que hayan desaparecido por completo. [72] Tampoco está claro si tales núcleos superpesados pueden producirse naturalmente, ya que se espera que la fisión espontánea termine el proceso r responsable de la formación de elementos pesados entre los números de masa 270 y 290, mucho antes de que se puedan formar elementos más allá de 120. [73]
Una hipótesis reciente intenta explicar el espectro de la estrella de Przybylski mediante el flerovium y el elemento 120 que se encuentran de forma natural . [74] [75] [76]
El elemento 118, oganesson , es el elemento más pesado que se ha sintetizado. Los dos elementos siguientes, los elementos 119 y 120 , deberían formar una serie de 8s y ser un metal alcalino y alcalinotérreo respectivamente. Más allá del elemento 120, se espera que comience la serie de superactínidos , cuando los electrones 8s y el llenado de las subcapas 8p 1/2 , 7d 3/2 , 6f y 5g determinen la química de estos elementos. No se dispone de cálculos CCSD completos y precisos para elementos superiores a 122 debido a la extrema complejidad de la situación: los orbitales 5g, 6f y 7d deberían tener aproximadamente el mismo nivel de energía, y en la región del elemento 160, los orbitales 9s, 8p 3 Los orbitales /2 y 9p 1/2 también deberían tener aproximadamente la misma energía. Esto hará que las capas de electrones se mezclen, de modo que el concepto de bloque ya no se aplique muy bien, y también dará como resultado nuevas propiedades químicas que harán que sea muy difícil ubicar algunos de estos elementos en una tabla periódica. [15]
Los dos primeros elementos del período 8 serán ununennium y unbinilium, elementos 119 y 120. Sus configuraciones electrónicas deberían tener el orbital 8s lleno. Este orbital está estabilizado y contraído relativistamente; por tanto, los elementos 119 y 120 deberían parecerse más al rubidio y al estroncio que a sus vecinos inmediatos superiores, el francio y el radio . Otro efecto de la contracción relativista del orbital 8s es que los radios atómicos de estos dos elementos deberían ser aproximadamente los mismos que los del francio y el radio. Deberían comportarse como metales alcalinos y alcalinotérreos normales (aunque menos reactivos que sus vecinos verticales inmediatos), formando normalmente estados de oxidación +1 y +2 respectivamente, pero la desestabilización relativista de la subcapa 7p 3/2 y las energías de ionización relativamente bajas de los electrones 7p 3/2 también deberían hacer posibles estados de oxidación más altos como +3 y +4 (respectivamente). [4] [15]
Se puede considerar que los superactínidos van desde los elementos 121 al 157, que pueden clasificarse como los elementos 5g y 6f del octavo período, junto con el primer elemento 7d. [18] En la serie de superactínidos, los caparazones 7d 3/2 , 8p 1/2 , 6f 5/2 y 5g 7/2 deben llenarse simultáneamente. [16] Esto crea situaciones muy complicadas, hasta el punto de que se han realizado cálculos CCSD completos y precisos solo para los elementos 121 y 122. [15] El primer superactínido, el unbiunio (elemento 121), debería ser similar al lantano y al actinio : [ 77] su estado de oxidación principal debería ser +3, aunque la cercanía de los niveles de energía de las subcapas de valencia puede permitir estados de oxidación más altos, al igual que en los elementos 119 y 120. [15] La estabilización relativista de la subcapa 8p debería dar como resultado un estado de oxidación fundamental. indique la configuración electrónica de valencia 8s 2 8p 1 para el elemento 121, en contraste con las configuraciones ds 2 de lantano y actinio; [15] sin embargo, esta configuración anómala no parece afectar su química calculada, que sigue siendo similar a la del actinio. [78] Se predice que su primera energía de ionización será de 429,4 kJ/mol, que sería inferior a la de todos los elementos conocidos excepto los metales alcalinos potasio , rubidio , cesio y francio : este valor es incluso inferior al del período. 8 ununenio de metal alcalino (463,1 kJ/mol). De manera similar, el siguiente superactínido, unbibium (elemento 122), puede ser similar al cerio y al torio , con un estado de oxidación principal de +4, pero tendría una configuración electrónica de valencia en estado fundamental 7d 1 8s 2 8p 1 u 8s 2 8p 2. , [79] a diferencia de la configuración 6d 2 7s 2 del torio . Por lo tanto, su primera energía de ionización sería menor que la del torio (Th: 6,3 eV ; elemento 122: 5,6 eV) debido a la mayor facilidad para ionizar el electrón 8p 1/2 del unbibium que el electrón 6d del torio. [15] El colapso del propio orbital 5g se retrasa hasta alrededor del elemento 125; se espera que las configuraciones electrónicas de la serie isoelectrónica de 119 electrones sean [Og]8s 1para los elementos 119 a 122, [Og]6f 1 para los elementos 123 y 124, y [Og]5g 1 para el elemento 125 en adelante. [80]
En los primeros superactínidos, se predice que las energías de enlace de los electrones agregados serán lo suficientemente pequeñas como para que puedan perder todos sus electrones de valencia; por ejemplo, el unbihexio (elemento 126) podría formar fácilmente un estado de oxidación +8, y pueden ser posibles estados de oxidación incluso más altos para los siguientes elementos. También se predice que el elemento 126 mostrará una variedad de otros estados de oxidación : cálculos recientes han sugerido que puede ser posible un monofluoruro 126F estable, como resultado de una interacción de enlace entre el orbital 5g del elemento 126 y el orbital 2 p del flúor . [81] Otros estados de oxidación previstos incluyen +2, +4 y +6; Se espera que +4 sea el estado de oxidación más habitual del unbihexio. [16] Se predice que los superactínidos desde unbipentium (elemento 125) hasta unbiennium (elemento 129) exhiben un estado de oxidación +6 y forman hexafluoruros , aunque se predice que 125F 6 y 126F 6 estarán unidos relativamente débilmente. [80] Se espera que las energías de disociación del enlace aumenten considerablemente en el elemento 127 y aún más en el elemento 129. Esto sugiere un cambio del carácter iónico fuerte en los fluoruros del elemento 125 a un carácter más covalente, que involucra al orbital 8p, en los fluoruros del elemento 129. El enlace en estos hexafluoruros de superactínido se produce principalmente entre la subcapa 8p más alta del superactínido y la subcapa 2p del flúor, a diferencia de cómo el uranio usa sus orbitales 5f y 6d para unirse en el hexafluoruro de uranio . [80]
A pesar de la capacidad de los primeros superactínidos para alcanzar estados de oxidación elevados, se ha calculado que los electrones 5g serán los más difíciles de ionizar; Se espera que los iones 125 6+ y 126 7+ tengan una configuración 5g 1 , similar a la configuración 5f 1 del ion Np 6+ . [13] [80] Se observa un comportamiento similar en la baja actividad química de los electrones 4f en los lantánidos ; esto es consecuencia de que los orbitales 5g son pequeños y están profundamente enterrados en la nube de electrones. [13] La presencia de electrones en los orbitales g, que no existen en la configuración electrónica del estado fundamental de ningún elemento actualmente conocido, debería permitir que se formen orbitales híbridos actualmente desconocidos e influyan en la química de los superactínidos de nuevas maneras, aunque la ausencia La presencia de electrones g en elementos conocidos dificulta la predicción de la química de los superactínidos. [4]
En los superactínidos posteriores, los estados de oxidación deberían ser más bajos. Para el elemento 132, el estado de oxidación predominante más estable será solo +6; esto se reduce aún más a +3 y +4 por el elemento 144, y al final de la serie de superactínidos será solo +2 (y posiblemente incluso 0) porque la capa 6f, que se está llenando en ese punto, está muy adentro la nube de electrones y los electrones 8s y 8p 1/2 están unidos con demasiada fuerza para ser químicamente activos. La capa 5g debe llenarse en el elemento 144 y la capa 6f alrededor del elemento 154, y en esta región de los superactínidos los electrones 8p 1/2 están unidos tan fuertemente que ya no son químicamente activos, de modo que sólo unos pocos electrones pueden participar en reacciones químicas. Los cálculos de Fricke et al. Predice que en el elemento 154, la capa 6f está llena y no hay d- u otras funciones de onda de electrones fuera de las capas químicamente inactivas 8s y 8p 1/2 . Esto puede hacer que el elemento 154 sea bastante poco reactivo con propiedades similares a las de los gases nobles . [4] [15] No obstante, los cálculos de Pyykkö esperan que en el elemento 155, la capa 6f todavía sea químicamente ionizable: 155 3+ debería tener una capa 6f completa, y el cuarto potencial de ionización debería estar entre los del terbio y el disprosio , ambos de que se conocen en el estado +4. [13]
De manera similar a las contracciones de lantánidos y actínidos , debería haber una contracción de superactínidos en la serie de superactínidos donde los radios iónicos de los superactínidos son más pequeños de lo esperado. En los lantánidos , la contracción es de unas 4,4 pm por elemento; en los actínidos , es de unas 3 pm por elemento. La contracción es mayor en los lantánidos que en los actínidos debido a la mayor localización de la función de onda 4f en comparación con la función de onda 5f. Las comparaciones con las funciones de onda de los electrones externos de los lantánidos, actínidos y superactínidos conducen a una predicción de una contracción de aproximadamente 2 pm por elemento en los superactínidos; Aunque esto es menor que las contracciones en los lantánidos y actínidos, su efecto total es mayor debido al hecho de que se llenan 32 electrones en las capas 5g y 6f profundamente enterradas, en lugar de solo 14 electrones en las capas 4f y 5f en los lantánidos y actínidos respectivamente. [4]
Pekka Pyykkö divide estos superactínidos en tres series: una serie 5g (elementos 121 a 138), una serie 8p 1/2 (elementos 139 a 140) y una serie 6f (elementos 141 a 155), señalando también que habría una Hay una gran superposición entre los niveles de energía y que los orbitales 6f, 7d u 8p 1/2 también podrían estar ocupados en los primeros átomos o iones superactínidos. También espera que se comporten más como "superlantánidos", en el sentido de que los electrones 5g serían en su mayoría químicamente inactivos, de manera similar a cómo sólo uno o dos electrones 4f en cada lantánido se ionizan en compuestos químicos. También predijo que los posibles estados de oxidación de los superactínidos podrían aumentar mucho en la serie 6f, hasta valores como +12 en el elemento 148. [13]
Andrey Kulsha ha llamado "elementos de ultratransición" a los treinta y seis elementos 121 a 156 y ha propuesto dividirlos en dos series de dieciocho cada una, una de los elementos 121 a 138 y otra de los elementos 139 a 156. La primera sería análoga a la lantánidos, con estados de oxidación que varían principalmente de +4 a +6, ya que domina el relleno de la capa de 5g y los elementos vecinos son muy similares entre sí, creando una analogía con el uranio , el neptunio y el plutonio . El segundo sería análogo a los actínidos: al principio (alrededor de los elementos en los 140) se esperarían estados de oxidación muy altos a medida que la capa 6f se eleva por encima de la 7d, pero después los estados de oxidación típicos disminuirían y en los elementos en la capa 7d. 150s en adelante los electrones 8p 1/2 dejarían de ser químicamente activos. Debido a que las dos filas están separadas por la adición de una subcapa completa de 5g 18 , también podrían considerarse análogas entre sí. [19] [20]
Como ejemplo de los superactínidos tardíos, se espera que el elemento 156 exhiba principalmente el estado de oxidación +2, debido a su configuración electrónica con electrones 7d 2 fácilmente eliminados sobre una [Og]5g 18 6f 14 8s 2 8p estable.2
1/2centro. Por lo tanto, puede considerarse un congénere más pesado del nobelio , que también tiene un par de electrones 7s 2 que se eliminan fácilmente sobre un núcleo estable [Rn]5f 14 , y generalmente se encuentra en el estado +2 (se requieren oxidantes fuertes para obtener nobelio en la forma). +3 estado). [19] Su primera energía de ionización debería ser de unos 400 kJ/mol y su radio metálico de aproximadamente 170 picómetros. Con una masa atómica relativa de alrededor de 445 u, [4] debería ser un metal muy pesado con una densidad de alrededor de 26 g/cm 3 .
Se espera que los metales de transición 7d en el período 8 sean los elementos 157 a 166. Aunque los electrones 8s y 8p 1/2 están tan fuertemente unidos a estos elementos que no deberían poder participar en ninguna reacción química, los 9s y 9p Se espera que 1/2 niveles estén fácilmente disponibles para la hibridación. [4] [15] Estos elementos 7d deberían ser similares a los elementos 4d, itrio a cadmio . [19] En particular, el elemento 164 con una configuración electrónica 7d 10 9s 0 muestra claras analogías con el paladio con su configuración electrónica 4d 10 5s 0 . [dieciséis]
No se espera que los metales nobles de esta serie de metales de transición sean tan nobles como sus homólogos más ligeros, debido a la ausencia de una capa exterior para protección y también porque la capa 7d está fuertemente dividida en dos subcapas debido a efectos relativistas. Esto hace que las primeras energías de ionización de los metales de transición 7d sean más pequeñas que las de sus congéneres más ligeros. [4] [15] [16]
El interés teórico en la química del unhexquadio está motivado en gran medida por las predicciones teóricas de que éste, especialmente los isótopos 472 164 y 482 164 (con 164 protones y 308 o 318 neutrones ), estaría en el centro de una hipotética segunda isla de estabilidad (la primera). centrándose en el copernicio , particularmente los isótopos 291 Cn, 293 Cn y 296 Cn que se espera que tengan vidas medias de siglos o milenios). [83] [52] [84] [85]
Los cálculos predicen que los electrones 7d del elemento 164 (unhexquadio) deberían participar muy fácilmente en reacciones químicas, de modo que debería poder mostrar estados de oxidación estables +6 y +4 además del estado normal +2 en soluciones acuosas con ligandos fuertes. . Por lo tanto, el elemento 164 debería poder formar compuestos como 164 ( CO ) 4 , 164 ( PF 3 ) 4 (ambos tetraédricos como los correspondientes compuestos de paladio) y 164 ( CN ).2-2
( lineal ), que tiene un comportamiento muy diferente al del plomo , cuyo elemento 164 sería un homólogo más pesado si no fuera por los efectos relativistas. Sin embargo, el estado divalente sería el principal en solución acuosa (aunque los estados +4 y +6 serían posibles con ligandos más fuertes), y el unhexquadio(II) debería comportarse de manera más similar al plomo que el unhexquadio(IV) y el unhexquadio(VI). ). [15] [16]
Se espera que el elemento 164 sea un ácido de Lewis blando y tenga un parámetro de suavidad de Ahrlands cercano a 4 eV . Debería ser, como mucho, moderadamente reactivo y tener una primera energía de ionización que debería rondar los 685 kJ/mol, comparable a la del molibdeno . [4] [16] Debido a las contracciones de lantánidos, actínidos y superactínidos , el elemento 164 debería tener un radio metálico de sólo 158 pm , muy cercano al del magnesio, mucho más ligero , a pesar de su peso atómico esperado de alrededor de 474 u , que es aproximadamente 19,5 veces el peso atómico del magnesio. [4] Este pequeño radio y alto peso hacen que se espere que tenga una densidad extremadamente alta de alrededor de 46 g·cm- 3 , más del doble que la del osmio , actualmente el elemento más denso conocido, con 22,61 g·cm -3 ; El elemento 164 debería ser el segundo elemento más denso de los primeros 172 elementos de la tabla periódica, siendo sólo su vecino unhextrium (elemento 163) el más denso (con 47 g·cm −3 ). [4] El elemento metálico 164 debe tener una energía cohesiva muy grande ( entalpía de cristalización) debido a sus enlaces covalentes , lo que probablemente resulte en un alto punto de fusión. En estado metálico, el elemento 164 debería ser bastante noble y análogo al paladio y al platino . Fricke et al. sugirieron algunas similitudes formales con el oganesson , ya que ambos elementos tienen configuraciones de capa cerrada y energías de ionización similares, aunque señalan que si bien el oganesson sería un gas noble muy malo, el elemento 164 sería un buen metal noble. [dieciséis]
Los elementos 165 (unhexpentium) y 166 (unhexhexium), los dos últimos metales 7d, deberían comportarse de manera similar a los metales alcalinos y alcalinotérreos cuando se encuentran en los estados de oxidación +1 y +2 respectivamente. Los electrones 9s deberían tener energías de ionización comparables a las de los electrones 3s del sodio y el magnesio , debido a efectos relativistas que causan que los electrones 9s estén mucho más fuertemente unidos de lo que predecirían los cálculos no relativistas. Los elementos 165 y 166 normalmente deberían exhibir los estados de oxidación +1 y +2 respectivamente, aunque las energías de ionización de los electrones 7d son lo suficientemente bajas como para permitir estados de oxidación más altos como +3 para el elemento 165. El estado de oxidación +4 para el elemento 166 es menor. Probablemente, creando una situación similar a la de los elementos más ligeros de los grupos 11 y 12 (particularmente oro y mercurio ). [4] [15] Al igual que con el mercurio pero no con el copernicio, se espera que la ionización del elemento 166 a 166 2+ dé como resultado una configuración 7d 10 correspondiente a la pérdida de los electrones s pero no de los electrones d, lo que lo hace más análogo. al grupo de 12 elementos más ligeros y "menos relativistas", zinc, cadmio y mercurio. [13]
Se espera que los siguientes seis elementos de la tabla periódica sean los últimos elementos del grupo principal en su período, [13] y es probable que sean similares a los elementos 5p, desde el indio hasta el xenón . [19] En los elementos 167 a 172 se rellenarán las carcasas 9p 1/2 y 8p 3/2 . Sus valores propios de energía están tan juntos que se comportan como un subnivel p combinado, similar a los subniveles no relativistas 2p y 3p. Por lo tanto, el efecto del par inerte no ocurre y se espera que los estados de oxidación más comunes de los elementos 167 a 170 sean +3, +4, +5 y +6 respectivamente. Se espera que el elemento 171 (unseptunio) muestre algunas similitudes con los halógenos , mostrando varios estados de oxidación que van desde −1 a +7, aunque se espera que sus propiedades físicas sean más cercanas a las de un metal. Se espera que su afinidad electrónica sea de 3,0 eV , lo que le permitirá formar H171, análogo a un haluro de hidrógeno . Se espera que el ion 171 − sea una base blanda , comparable al yoduro (I − ). Se espera que el elemento 172 (unseptbio) sea un gas noble con un comportamiento químico similar al del xenón, ya que sus energías de ionización deberían ser muy similares (Xe, 1170,4 kJ/mol; elemento 172, 1090 kJ/mol). La única diferencia principal entre ellos es que se espera que el elemento 172, a diferencia del xenón, sea líquido o sólido a temperatura y presión estándar debido a su peso atómico mucho mayor. [4] Se espera que el unseptbio sea un ácido de Lewis fuerte , que forma fluoruros y óxidos, de manera similar a su congénere más ligero, el xenón. [dieciséis]
Debido a cierta analogía de los elementos 165-172 con los períodos 2 y 3, Fricke et al. los consideraban como un noveno período de la tabla periódica, mientras que consideraban que el octavo período terminaba en el elemento metálico noble 164. Este noveno período sería similar al segundo y tercer período en que no tendría metales de transición. [16] Dicho esto, la analogía es incompleta para los elementos 165 y 166; aunque comienzan una nueva capa s (9), ésta está por encima de una capa d, lo que los hace químicamente más similares a los grupos 11 y 12. [17]
Más allá del elemento 172, existe el potencial de llenar los caparazones 6g, 7f, 8d, 10s, 10p 1/2 y quizás 6h 11/2 . Estos electrones estarían unidos de manera muy débil, lo que potencialmente haría que se pudieran alcanzar estados de oxidación extremadamente altos, aunque los electrones se unirían más estrechamente a medida que aumenta la carga iónica. Por tanto, probablemente habrá otra serie de transición muy larga, como la de los superactínidos. [dieciséis]
En el elemento 173 (unseptrio), el electrón más externo podría entrar en las subcapas 6g 7/2 , 9p 3/2 o 10s. Debido a que las interacciones espín-órbita crearían una brecha de energía muy grande entre estos y la subcapa 8p 3/2 , se espera que este electrón más externo esté muy débilmente unido y se pierda muy fácilmente para formar un catión 173+ . Como resultado, se espera que el elemento 173 se comporte químicamente como un metal alcalino, y uno que podría ser mucho más reactivo que incluso el cesio (el francio y el elemento 119 son menos reactivos que el cesio debido a efectos relativistas): [86] [19] La energía de ionización calculada para el elemento 173 es 3,070 eV, [87] en comparación con los 3,894 eV experimentalmente conocidos para el cesio. El elemento 174 (unseptquadio) puede agregar un electrón 8d y formar un catión 174 2+ de capa cerrada; su energía de ionización calculada es de 3,614 eV. [87]
El elemento 184 (unoctquadio) fue un objetivo importante en las primeras predicciones, ya que originalmente se especuló que 184 sería un número mágico de protones: se predice que tendrá una configuración electrónica de [172] 6g 5 7f 4 8d 3 , con al menos el 7f y electrones 8d químicamente activos. Se espera que su comportamiento químico sea similar al del uranio y el neptunio , ya que es probable que una mayor ionización más allá del estado +6 (correspondiente a la eliminación de los electrones 6g) no sea rentable; el estado +4 debería ser más común en solución acuosa, siendo +5 y +6 alcanzables en compuestos sólidos. [4] [16] [88]
Se desconoce el número de elementos físicamente posibles. Una estimación baja es que la tabla periódica puede terminar poco después de la isla de estabilidad , [14] que se espera que se centre en Z = 126, ya que la extensión de las tablas periódica y de nucleidos está restringida por las líneas de goteo de protones y neutrones y estabilidad hacia la desintegración alfa y la fisión espontánea. [89] Un cálculo de Y. Gambhir et al. , que analiza la energía de unión nuclear y la estabilidad en varios canales de desintegración, sugiere un límite a la existencia de núcleos unidos en Z = 146. [90] Otras predicciones de un fin de la tabla periódica incluyen Z = 128 ( John Emsley ) y Z = 155 (Albert Khazan). [10]
Es una "leyenda popular" entre los físicos que Richard Feynman sugirió que los átomos neutros no podrían existir para números atómicos mayores que Z = 137, basándose en que la ecuación relativista de Dirac predice que la energía del estado fundamental del electrón más interno en tal El átomo sería un número imaginario . Aquí, el número 137 surge como la inversa de la constante de estructura fina . Según este argumento, los átomos neutros no pueden existir más allá del número atómico 137 y, por lo tanto, una tabla periódica de elementos basada en orbitales de electrones se descompone en este punto. Sin embargo, este argumento supone que el núcleo atómico es puntual. Un cálculo más preciso debe tener en cuenta el tamaño pequeño, pero distinto de cero, del núcleo, que se predice que llevará el límite aún más a Z ≈ 173. [91]
El modelo de Bohr presenta dificultades para átomos con número atómico mayor que 137, ya que la velocidad de un electrón en un orbital del electrón 1s , v , está dada por
donde Z es el número atómico y α es la constante de estructura fina , una medida de la fuerza de las interacciones electromagnéticas. [92] Según esta aproximación, cualquier elemento con un número atómico superior a 137 requeriría 1s electrones para viajar más rápido que c , la velocidad de la luz . Por tanto, el modelo no relativista de Bohr es inexacto cuando se aplica a tal elemento.
La ecuación relativista de Dirac da la energía del estado fundamental como
donde m es la masa en reposo del electrón. [93] Para Z > 137, la función de onda del estado fundamental de Dirac es oscilatoria, en lugar de limitada, y no hay brecha entre los espectros de energía positiva y negativa, como en la paradoja de Klein . [94] Cálculos más precisos que tienen en cuenta los efectos del tamaño finito del núcleo indican que la energía de enlace primero excede 2 mc 2 para Z > Z cr probablemente entre 168 y 172. [95] Para Z > Z cr , si el El orbital más interno (1s) no está lleno, el campo eléctrico del núcleo sacará un electrón del vacío , lo que dará lugar a la emisión espontánea de un positrón . [96] [97] Esta inmersión del subnivel 1s en el continuo negativo a menudo se ha considerado como un "fin" de la tabla periódica, [13] [91] [98] pero, de hecho, no impone tal límite. , ya que tales resonancias pueden interpretarse como afirma Gamow. Sin embargo, la descripción precisa de tales estados en un sistema multielectrónico, necesaria para ampliar los cálculos y la tabla periódica más allá de Z cr ≈ 172, sigue siendo un problema abierto. [95]
Los átomos con números atómicos superiores a Z cr ≈ 172 se han denominado átomos supercríticos . Los átomos supercríticos no pueden ionizarse totalmente porque su subcapa 1s se llenaría mediante la creación espontánea de un par en el que se crea un par electrón-positrón a partir del continuo negativo, con el electrón unido y el positrón escapando. Sin embargo, el campo intenso alrededor del núcleo atómico se limita a una región muy pequeña del espacio, de modo que el principio de exclusión de Pauli prohíbe la creación espontánea de pares una vez que se han llenado las subcapas que se han sumergido en el continuo negativo. Los elementos 173-184 se han denominado átomos débilmente supercríticos , ya que para ellos sólo la capa 1s se ha sumergido en el continuo negativo; Se espera que la capa 2p 1/2 se una alrededor del elemento 185 y la capa 2s alrededor del elemento 245. Hasta ahora, los experimentos no han logrado detectar la creación espontánea de pares a partir del ensamblaje de cargas supercríticas mediante la colisión de núcleos pesados (por ejemplo, la colisión de plomo con uranio para formar momentáneamente da un Z efectivo de 174; el uranio con uranio da un Z efectivo = 184 y el uranio con californio da un Z efectivo = 190). [99]
Aunque pasar Z cr no significa que los elementos ya no puedan existir, la creciente concentración de la densidad 1s cerca del núcleo probablemente haría que estos electrones sean más vulnerables a la captura de electrones K a medida que se acerca a Z cr . Para elementos tan pesados, estos electrones 1s probablemente pasarían una fracción significativa de tiempo tan cerca del núcleo que en realidad estarían dentro de él. Esto puede suponer otro límite para la tabla periódica. [100]
Debido al factor m , los átomos muónicos se vuelven supercríticos con un número atómico mucho mayor, alrededor de 2200, ya que los muones son aproximadamente 207 veces más pesados que los electrones. [95]
También se ha postulado que en la región más allá de A > 300, puede existir todo un " continente de estabilidad " que consiste en una fase hipotética de materia de quarks estable , que comprende quarks que fluyen libremente hacia arriba y hacia abajo en lugar de quarks unidos a protones y neutrones. Se teoriza que tal forma de materia es un estado fundamental de materia bariónica con una mayor energía de enlace por barión que la materia nuclear , favoreciendo la desintegración de la materia nuclear más allá de este umbral de masa en materia de quarks. Si este estado de la materia existe, posiblemente podría sintetizarse en las mismas reacciones de fusión que conducen a núcleos superpesados normales, y se estabilizaría contra la fisión como consecuencia de su unión más fuerte, suficiente para superar la repulsión de Coulomb. [101]
Los cálculos publicados en 2020 [102] sugieren la estabilidad de las pepitas de materia de quarks arriba-abajo (udQM) frente a núcleos convencionales más allá de A ~ 266, y también muestran que las pepitas de udQM se vuelven supercríticas antes ( Z cr ~ 163, A ~ 609) que los núcleos convencionales ( Zcr ~ 177, A ~480).
La estabilidad de los núcleos disminuye mucho con el aumento del número atómico después del curio , elemento 96, de modo que todos los isótopos con un número atómico superior a 101 se desintegran radiactivamente con una vida media inferior a un día. Ningún elemento con número atómico superior a 82 (después del plomo ) tiene isótopos estables. [103] Sin embargo, por razones que aún no se comprenden muy bien, hay un ligero aumento de la estabilidad nuclear alrededor de los números atómicos 110 – 114 , lo que conduce a la aparición de lo que se conoce en física nuclear como la " isla de la estabilidad ". Este concepto, propuesto por el profesor Glenn Seaborg de la Universidad de California , explica por qué los elementos superpesados duran más de lo previsto. [104]
Los cálculos según el método Hartree-Fock-Bogoliubov utilizando la interacción Skyrme no relativista han propuesto Z = 126 como una capa de protones cerrada . En esta región de la tabla periódica, se ha sugerido que N = 184, N = 196 y N = 228 son capas cerradas de neutrones. Por lo tanto, los isótopos de mayor interés son 310 126, 322 126 y 354 126, ya que podrían tener una vida considerablemente más larga que otros isótopos. Se predice que el elemento 126, que tiene un número mágico de protones , será más estable que otros elementos en esta región y puede tener isómeros nucleares con vidas medias muy largas . [72] También es posible que la isla de estabilidad esté centrada en 306 122 , que puede ser esférica y doblemente mágica . [52] Probablemente, la isla de estabilidad se produce alrededor de Z = 114–126 y N = 184, con vidas útiles probablemente de entre horas y días. Más allá del cierre de la capa en N = 184, los tiempos de vida de las fisiones espontáneas deberían caer drásticamente por debajo de 10 −15 segundos, demasiado corto para que un núcleo obtenga una nube de electrones y participe en cualquier actividad química. Dicho esto, estos tiempos de vida dependen en gran medida del modelo y las predicciones varían en muchos órdenes de magnitud. [95]
Teniendo en cuenta la deformación nuclear y los efectos relativistas, un análisis de los niveles de una sola partícula predice nuevos números mágicos para núcleos superpesados en Z = 126, 138, 154 y 164 y N = 228, 308 y 318. [9] [83] Por lo tanto, además de la isla de estabilidad centrada en 291 Cn, 293 Cn, [28] y 298 Fl, pueden existir otras islas de estabilidad alrededor del doblemente mágico 354 126, así como 472 164 o 482 164. [84] [85 ] Se predice que estos núcleos serán beta-estables y se desintegrarán por emisión alfa o fisión espontánea con vidas medias relativamente largas, y confieren estabilidad adicional a N = 228 isótonos y elementos 152-168 vecinos, respectivamente. [105] Por otro lado, el mismo análisis sugiere que los cierres de capas de protones pueden ser relativamente débiles o incluso inexistentes en algunos casos como 354 126, lo que significa que tales núcleos podrían no ser doblemente mágicos y la estabilidad estará determinada principalmente por neutrones fuertes. cierres de concha. [83] Además, debido a las fuerzas enormemente mayores de repulsión electromagnética que deben ser superadas por la fuerza fuerte en la segunda isla ( Z = 164), [106] es posible que los núcleos alrededor de esta región solo existan como resonancias y no puedan permanecer juntos durante un período de tiempo significativo. También es posible que algunos de los superactínidos entre estas series en realidad no existan porque están demasiado lejos de ambas islas, [106] en cuyo caso la tabla periódica podría terminar alrededor de Z = 130. [16] Curiosamente, el área de elementos 121-156, donde la periodicidad está en suspenso, es bastante similar a la brecha entre las dos islas. [19]
Más allá del elemento 164, la línea de fisión que define el límite de estabilidad con respecto a la fisión espontánea puede converger con la línea de goteo de neutrones , planteando un límite a la existencia de elementos más pesados. [105] Sin embargo, se han predicho más números mágicos en Z = 210, 274 y 354 y N = 308, 406, 524, 644 y 772, [107] con dos núcleos beta-estables doblemente mágicos encontrados en 616 210 y 798 274; el mismo método de cálculo reprodujo las predicciones para 298 Fl y 472 164. (Los núcleos doblemente mágicos predichos para Z = 354 son beta inestables, siendo 998 354 deficiente en neutrones y 1126 354 rico en neutrones). Se predicen desintegración y fisión para 616 210 y 798 274, con vidas medias de hasta cientos de microsegundos para 616 210, [107] no existirán islas de estabilidad tan significativas como las predichas en Z = 114 y 164. Como la existencia de elementos superpesados depende en gran medida de los efectos estabilizadores de las capas cerradas, la inestabilidad y la fisión nucleares probablemente determinarán el final de la tabla periódica más allá de estas islas de estabilidad. [16] [90] [105]
La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) define que un elemento existe si su vida útil es superior a 10 −14 segundos, que es el tiempo que tarda el núcleo en formar una nube de electrones. Sin embargo, generalmente se considera que existe un nucleido si su vida útil es superior a unos 10 −22 segundos, que es el tiempo que tarda en formarse la estructura nuclear . En consecuencia, es posible que algunos valores Z sólo puedan realizarse en nucleidos y que los elementos correspondientes no existan. [100]
También es posible que en realidad no existan más islas más allá de 126, a medida que la estructura de la capa nuclear se borra (como ya se espera que la estructura de la capa electrónica esté alrededor del oganesson) y los modos de desintegración de baja energía se vuelven fácilmente disponibles. [108]
En algunas regiones de la tabla de nucleidos, se espera que haya regiones adicionales de estabilidad debido a núcleos no esféricos que tienen números mágicos diferentes a los de los núcleos esféricos; el 270 Hs con forma de huevo ( Z = 108, N = 162) es uno de esos núcleos doblemente mágicos deformados. [109] En la región superpesada, la fuerte repulsión de Coulomb de los protones puede hacer que algunos núcleos, incluidos los isótopos de oganesson, adopten una forma de burbuja en el estado fundamental con una densidad central reducida de protones, a diferencia de la distribución aproximadamente uniforme dentro de la mayoría de los núcleos más pequeños. . [110] [111] Sin embargo, tal forma tendría una barrera de fisión muy baja. [112] Incluso los núcleos más pesados en algunas regiones, como 342 136 y 466 156, pueden en cambio adquirir una forma toroidal o similar a la de un glóbulo rojo , con sus propios números mágicos e islas de estabilidad, pero también se fragmentarían fácilmente. [113] [114]
Como se cree que la isla principal de estabilidad se encuentra alrededor de 291 Cn y 293 Cn, los elementos no descubiertos más allá del oganesson pueden ser muy inestables y sufrir desintegración alfa o fisión espontánea en microsegundos o menos. Se desconoce la región exacta en la que las vidas medias exceden un microsegundo, aunque varios modelos sugieren que los isótopos de elementos más pesados que el unbinilium que pueden producirse en reacciones de fusión con objetivos y proyectiles disponibles tendrán vidas medias inferiores a un microsegundo y, por lo tanto, es posible que no se utilicen. detectado. [60] Se predice consistentemente que existirán regiones de estabilidad en N = 184 y N = 228, y posiblemente también en Z ~ 124 y N ~ 198. Estos núcleos pueden tener vidas medias de unos pocos segundos y experimentar predominantemente alfa. desintegración y fisión espontánea, aunque también pueden existir ramas menores de desintegración beta-plus (o captura de electrones ). [115] Fuera de estas regiones de estabilidad mejorada, se espera que las barreras de fisión caigan significativamente debido a la pérdida de los efectos de estabilización, lo que resulta en vidas medias de fisión inferiores a 10 −18 segundos, especialmente en núcleos pares para los cuales el obstáculo es aún menor debido a emparejamiento de nucleones . [105] En general, se espera que las vidas medias de desintegración alfa aumenten con el número de neutrones, desde nanosegundos en los isótopos con mayor deficiencia de neutrones hasta segundos más cerca de la línea de estabilidad beta . [43] Para núcleos con sólo unos pocos neutrones más que un número mágico, la energía de enlace cae sustancialmente, lo que resulta en una ruptura en la tendencia y vidas medias más cortas. [43] Los isótopos de estos elementos con mayor deficiencia de neutrones también pueden estar libres y sufrir emisión de protones . También se ha propuesto la desintegración de cúmulos (emisión de partículas pesadas) como modo de desintegración alternativo para algunos isótopos, [116] lo que plantea otro obstáculo más para la identificación de estos elementos.
Las siguientes son configuraciones electrónicas esperadas de los elementos 119–174 y 184. El símbolo [Og] indica la configuración electrónica probable de oganesson (Z = 118), que es actualmente el último elemento conocido. Las configuraciones de los elementos en esta tabla se escriben comenzando con [Og] porque se espera que oganesson sea el último elemento anterior con una configuración de capa cerrada (gas inerte), 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 10 5f 14 6s 2 6p 6 6d 10 7s 2 7p 6 . De manera similar, [172] en las configuraciones de los elementos 173, 174 y 184 denota la probable configuración de capa cerrada del elemento 172.
Más allá del elemento 123, no se dispone de cálculos completos y, por tanto, los datos de este cuadro deben tomarse como provisionales. [16] [86] [117] En el caso del elemento 123, y quizás también de elementos más pesados, se predice que varias configuraciones electrónicas posibles tendrán niveles de energía muy similares, de modo que es muy difícil predecir el estado fundamental . Se incluyen todas las configuraciones que se han propuesto (ya que se entendió que probablemente aquí deje de funcionar la regla Madelung). [117] [79] [118]
Las asignaciones de bloques previstas hasta 172 son de Kulsha, [21] siguiendo los orbitales de valencia disponibles esperados. Sin embargo, no hay consenso en la literatura sobre cómo deberían funcionar los bloques después del elemento 138.
Kulsha nennt die 36 Elemente zwischen 121 und 156 „Ultransition Elements" und schlägt vor, sie in dos Serien aufzuteilen, in eine von 121 bis 138 und eine zweite von 139 bis 156. Die erste ähnelte eher den Lanthanoiden (Seltenerden), die dos veces más actinoides.
Es posible que se sinteticen otros elementos (ciertamente se están realizando investigaciones), pero es poco probable que la tabla vuelva a aparecer tan ordenada, ya que para llenar la siguiente fila, sería necesario crear otros cincuenta y cuatro elementos.
Con la finalización de la actualización del acelerador lineal y BigRIPS a principios de 2020, el RNC pretende sintetizar nuevos elementos a partir del elemento 119 y más allá.
Comenzamos la búsqueda del elemento 119 en junio pasado", dice el investigador de RIKEN Hideto En'yo. "Sin duda llevará mucho tiempo, años y años, por lo que continuaremos el mismo experimento de forma intermitente durante 100 o más días al año, hasta que nosotros o alguien más lo descubra.
La búsqueda del elemento 113 estuvo casi abandonada por falta de recursos, pero esta vez el emperador de Japón está financiando los esfuerzos de Riken para ampliar la tabla periódica a su octava fila.
Anteriormente trabajábamos principalmente con calcio.
Este es el elemento 20 de la tabla periódica.
Fue utilizado para bombardear el objetivo.
Y el elemento más pesado que se puede utilizar para fabricar un objetivo es el californio, 98. En consecuencia, 98 + 20 es 118. Es decir, para obtener el elemento 120, debemos pasar a la siguiente partícula.
Lo más probable es que sea titanio: 22 + 98 = 120.
Aún queda mucho trabajo para ajustar el sistema.
No quiero adelantarme, pero si podemos realizar con éxito todos los experimentos del modelo, entonces probablemente los primeros experimentos sobre la síntesis del elemento 120 comenzarán este año.
En este momento, muchos datos prácticos guardan una serie de experimentos relacionados con todos los programas informáticos y de masas. pectrometros para sinteza de 120 elementos.
No utilice un color intenso y un brillo intenso.
No detecte átomos extraños en reacciones de secuencias mínimas.
Теперь ждем, когда закончится наработка материала для мишени на реакторах и сепараторах у наших партнеров в «Росатоме» и в США : кюрий, берклий, калифорний.
Надеюсь, что в 2025 г.
мы полноценно приступим к синтезу 120-го элемента.
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)