Flerovium es un elemento químico sintético superpesado ; tiene símbolo Fl y número atómico 114. Es un elemento sintético extremadamente radiactivo , llamado así por el Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares del Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear en Dubna , Rusia, donde se descubrió el elemento en 1999. El nombre del laboratorio, en A su vez, honra al físico ruso Georgy Flyorov ( Флёров en cirílico , de ahí la transliteración de " yo " a "e"). La IUPAC adoptó el nombre el 30 de mayo de 2012. El nombre y el símbolo se habían propuesto previamente para el elemento 102 ( nobelio ), pero la IUPAC no los aceptó en ese momento.
Es un transactínido en el bloque p de la tabla periódica . Se encuentra en el período 7 , el miembro más pesado conocido del grupo del carbono , y el último elemento cuya química se ha investigado. Los estudios químicos iniciales realizados entre 2007 y 2008 indicaron que el flerovium era inesperadamente volátil para un elemento del grupo 14. [17] Resultados más recientes muestran que la reacción del flerovium con el oro es similar a la del copernicio , mostrando que es muy volátil e incluso puede ser gaseoso a temperatura y presión estándar , que mostraría propiedades metálicas , consistentes con ser el homólogo más pesado del plomo. , y que sería el metal menos reactivo del grupo 14. Aún no se ha resuelto si el flerovium se comporta más como un metal o como un gas noble en 2024; También podría ser un semiconductor.
Se sabe muy poco sobre el flerovium, ya que sólo se puede producir un átomo a la vez, ya sea mediante síntesis directa o mediante desintegración radiactiva de elementos aún más pesados, y todos los isótopos conocidos son de vida corta. Se conocen seis isótopos de flerovium , cuyo número másico oscila entre 284 y 289; el más estable de ellos, el 289 Fl , tiene una vida media de ~1,9 segundos, pero el 290 Fl no confirmado puede tener una vida media más larga de 19 segundos, que sería una de las vidas medias más largas de cualquier nucleido en estos confines más lejanos de la tabla periódica. Se predice que el flerovium estará cerca del centro de la teorizada isla de estabilidad , y se espera que los isótopos de flerovium más pesados, especialmente el posiblemente mágico 298 Fl , puedan tener vidas medias aún más largas.
Un núcleo atómico superpesado [a] se crea en una reacción nuclear que combina otros dos núcleos de tamaño desigual [b] en uno; A grandes rasgos, cuanto más desiguales sean los dos núcleos en términos de masa , mayor será la posibilidad de que los dos reaccionen. [23] 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. [24] 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. [24]
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. [24] [25] Esto sucede porque durante el intento de formación de un solo núcleo, la repulsión electrostática desgarra el núcleo que se está formando. [24] 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. . [c] 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. [24]
La fusión resultante es un estado excitado [28] , denominado núcleo compuesto , y por tanto es muy inestable. [24] Para alcanzar un estado más estable, la fusión temporal puede fisionarse sin la formación de un núcleo más estable. [29] 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. [29] 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. [30] [d]
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. [32] En el separador, el núcleo recién producido se separa de otros nucleidos (el del haz original y cualquier otro producto de reacción) [e] 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. [32] La transferencia tarda unos 10 −6 segundos; Para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir tanto tiempo. [35] 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. [32]
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. [36] 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. [37] [38] Por lo tanto, se predice teóricamente que los núcleos superpesados [39] y hasta ahora se ha observado [40] que se desintegran predominantemente a través de modos de desintegración causados por dicha repulsión: desintegración alfa y fisión espontánea . [f] Casi todos los emisores alfa tienen más de 210 nucleones, [42] y el nucleido más ligero que sufre principalmente fisión espontánea tiene 238. [43] 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. [37] [38]
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 sea utilizada como energía cinética para salir del núcleo. [45] 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. [38] 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), [46] y en 30 órdenes de magnitud del torio (elemento 90) al fermio (elemento 100). [47] El modelo anterior de gota de líquido sugería así que la fisión espontánea se produciría casi instantáneamente debido a la desaparición de la barrera de fisión para los núcleos con aproximadamente 280 nucleones. [38] [48] El modelo de capa nuclear posterior sugirió que los núcleos con aproximadamente 300 nucleones formarían una isla de estabilidad en la que los núcleos serían más resistentes a la fisión espontánea y sufrirían principalmente desintegración alfa con vidas medias más largas. [38] [48] 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. [49] Los experimentos con núcleos superpesados más ligeros, [50] así como con aquellos más cercanos a la isla esperada, [46] 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. [gramo]
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. [h] (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). [32] 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). [i] Sin embargo, la fisión espontánea produce varios núcleos como productos, por lo que el nucleido original no puede determinarse a partir de sus hijos. [j]
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. [k]A finales de la década de 1940 y principios de la de 1960, los primeros días de la fabricación de elementos transuránicos cada vez más pesados , se predijo que, dado que tales elementos no se producían de forma natural, tendrían vidas medias de fisión espontánea cada vez más cortas, hasta que dejaran de existir por completo alrededor del elemento. 108 (ahora llamado hasio ). Los trabajos iniciales de síntesis de los actínidos más pesados parecieron confirmarlo. [61] Pero el modelo de capa nuclear , introducido en 1949 y ampliamente desarrollado a finales de la década de 1960 por William Myers y Władysław Świątecki , afirmaba que los protones y los neutrones forman capas dentro de un núcleo, análogas a las capas de electrones . Los gases nobles no reaccionan debido a que tienen una capa electrónica completa; De manera similar, se teorizó que los elementos con capas nucleares completas (aquellos que tienen números " mágicos " de protones o neutrones) se estabilizarían contra la desintegración . Un isótopo doblemente mágico , con números mágicos tanto de protones como de neutrones, quedaría especialmente estabilizado. Heiner Meldner calculó en 1965 que el siguiente isótopo doblemente mágico después del 208 Pb era el 298 Fl con 114 protones y 184 neutrones, que sería el centro de una " isla de estabilidad ". [61] [62] Esta isla de estabilidad, supuestamente desde copernicio ( Z = 112) hasta oganesson ( Z = 118), vendría después de un largo "mar de inestabilidad" desde mendelevio ( Z = 101) hasta roentgenio ( Z = 111 ), [61] y en 1966 se especuló que los isótopos de flerovium que contenía tenían vidas medias de más de 10,8 años . [63] Estas primeras predicciones fascinaron a los investigadores y llevaron al primer intento de producir flerovium, en 1968 con la reacción 248 Cm ( 40 Ar,xn) . No se detectaron átomos de flerovium; Se pensó que esto se debía a que el núcleo compuesto 288 Fl solo tiene 174 neutrones en lugar del supuesto mágico 184, y esto tendría un impacto significativo en la sección transversal de la reacción (rendimiento) y las vidas medias de los núcleos producidos. [64] [65] Pasaron 30 años más antes de que se fabricara por primera vez el flerovium. [61]Trabajos posteriores sugieren que las islas de estabilidad alrededor de hassium y flerovium se producen porque estos núcleos están deformados y achatados respectivamente , lo que los hace resistentes a la fisión espontánea, y que la verdadera isla de estabilidad para los núcleos esféricos se produce alrededor de unbibium -306 (122 protones, 184 neutrones). [66]
En las décadas de 1970 y 1980, los estudios teóricos debatieron si el Elemento 114 sería un metal más volátil como el plomo o un gas inerte. [67]
El primer signo de flerovium fue encontrado en diciembre de 1998 por un equipo de científicos del Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear (JINR), Dubna , Rusia, dirigido por Yuri Oganessian , que bombardeó un objetivo de plutonio-244 con núcleos acelerados de calcio-48 :
Esta reacción ya se había intentado antes, sin éxito; Para este intento de 1998, JINR había actualizado todos sus equipos para detectar y separar mejor los átomos producidos y bombardear el objetivo con mayor intensidad. [68] Se detectó un átomo de flerovium, en desintegración alfa con una vida útil de 30,4 s. La energía de desintegración medida fue de 9,71 MeV , lo que da una vida media esperada de 2 a 23 s. [69] Esta observación se asignó a 289 Fl y se publicó en enero de 1999. [69] El experimento se repitió más tarde, pero nunca se volvió a observar un isótopo con estas propiedades de desintegración, por lo que se desconoce la identidad exacta de esta actividad. Puede haber sido debido al isómero 289m Fl , [70] [71] pero debido a que la presencia de toda una serie de isómeros de vida más larga en su cadena de desintegración sería bastante dudosa, la asignación más probable de esta cadena es al 2n canal que conduce a 290 Fl y captura de electrones a 290 Nh . Esto encaja bien con la sistemática y las tendencias de los isótopos de flerovium, y es consistente con la energía del haz bajo elegida para ese experimento, aunque sería deseable una mayor confirmación mediante la síntesis de 294 Lv en una reacción de 248 Cm( 48 Ca,2n), que desintegración alfa a 290 Fl . [15] El equipo de RIKEN informó sobre una posible síntesis de los isótopos 294 Lv y 290 Fl en 2016 en una reacción de 248 Cm ( 48 Ca,2n), pero se pasó por alto la desintegración alfa de 294 Lv , se observó la desintegración alfa de 290 Fl a 286 Cn. en lugar de captura de electrones a 290 Nh , y la asignación a 294 Lv en lugar de 293 Lv no era segura. [dieciséis]
Glenn T. Seaborg , un científico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley que había participado en el trabajo para fabricar tales elementos superpesados, había dicho en diciembre de 1997 que "uno de sus sueños más duraderos y más preciados era ver uno de estos elementos mágicos". ; [61] Su colega Albert Ghiorso le habló de la síntesis de flerovium poco después de su publicación en 1999. Ghiorso recordó más tarde: [72]
Quería que Glenn lo supiera, así que me acerqué a su cama y se lo conté. Me pareció ver un brillo en sus ojos, pero al día siguiente cuando fui a visitarlo no recordaba haberme visto. Como científico, había muerto cuando sufrió ese derrame cerebral. [72]
—Albert Ghiorso
Seaborg murió dos meses después, el 25 de febrero de 1999. [72]
En marzo de 1999, el mismo equipo reemplazó el objetivo de 244 Pu por 242 Pu para fabricar otros isótopos de flerovio. Como resultado, se produjeron dos átomos de flerovium, cada uno de los cuales se desintegró alfa con una vida media de 5,5 s. Fueron asignados como 287 Fl . [73] Esta actividad tampoco se ha vuelto a ver y no está claro qué núcleo se produjo. Es posible que fuera un isómero 287m Fl [74] o de la captura de electrones por 287 Fl, dando lugar a 287 Nh y 283 Rg. [75]
El descubrimiento ahora confirmado de flerovium se realizó en junio de 1999, cuando el equipo de Dubna repitió la primera reacción de 1998. Esta vez, se produjeron dos átomos de flerovium; decayeron alfa con una vida media de 2,6 s, diferente al resultado de 1998. [70] Esta actividad fue asignada inicialmente a 288 Fl por error, debido a la confusión con respecto a las observaciones anteriores que se suponía provenían de 289 Fl. Trabajos posteriores en diciembre de 2002 permitieron finalmente una reasignación positiva de los átomos de junio de 1999 a 289 Fl. [74]
En mayo de 2009, el Grupo de Trabajo Conjunto (JWP) de la IUPAC publicó un informe sobre el descubrimiento del copernicio en el que reconocía el descubrimiento del isótopo 283 Cn. [76] Esto implicó el descubrimiento del flerovium, a partir del reconocimiento de los datos para la síntesis de 287 Fl y 291 Lv , que decaen a 283 Cn. El descubrimiento de flerovio-286 y -287 fue confirmado en enero de 2009 en Berkeley. A esto le siguió la confirmación de flerovium-288 y -289 en julio de 2009 en Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) en Alemania. En 2011, la IUPAC evaluó los experimentos del equipo de Dubna entre 1999 y 2007. Encontraron que los primeros datos no eran concluyentes, pero aceptaron los resultados de 2004-2007 como flerovio, y se reconoció oficialmente que el elemento había sido descubierto. [77]
Si bien el método de caracterización química de una hija fue exitoso para flerovium ylivermorium, y la estructura más simple de los núcleos pares hizo que la confirmación del oganesson ( Z = 118) fuera sencilla, ha habido dificultades para establecer la congruencia de las cadenas de desintegración de los isótopos con protones impares, neutrones impares o ambos. [80] [81] Para solucionar este problema con la fusión caliente, cuyas cadenas de desintegración terminan en fisión espontánea en lugar de conectarse a núcleos conocidos como lo permite la fusión fría, se realizaron experimentos en Dubna en 2015 para producir isótopos más ligeros de flerovium mediante reacción. de 48 Ca con 239 Pu y 240 Pu, particularmente 283 Fl, 284 Fl y 285 Fl; este último se había caracterizado previamente en la reacción 242 Pu( 48 Ca,5n) 285 Fl en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en 2010. 285 Fl se caracterizó más claramente, mientras que se descubrió que el nuevo isótopo 284 Fl sufrió fisión espontánea inmediata en lugar de fisión alfa. desintegración a nucleidos conocidos alrededor del cierre de la capa N = 162, y no se encontró 283 Fl. [11] Este isótopo más ligero todavía puede producirse en la reacción de fusión fría 208 Pb( 76 Ge,n) 283 Fl, [15] que el equipo de RIKEN en Japón ha considerado investigar: [82] [83] esta reacción es Se espera que tenga una sección transversal más alta de 200 fb que el mínimo "récord mundial" de 30 fb para 209 Bi ( 70 Zn, n) 278 Nh, la reacción que RIKEN utilizó para el descubrimiento oficial del elemento 113 ( nihonio ). [15] [84] [85] El equipo de Dubna repitió su investigación de la reacción de 240 Pu+ 48 Ca en 2017, observando tres nuevas cadenas de desintegración consistentes de 285 Fl, otra cadena de desintegración de este nucleido que puede pasar por algunos estados isoméricos en su hijas, una cadena que podría asignarse a 287 Fl (probablemente a partir de impurezas de 242 Pu en el objetivo) y algunas fisiones espontáneas de las cuales algunas podrían ser de 284 Fl, aunque también son posibles otras interpretaciones que incluyen reacciones secundarias que involucran la evaporación de partículas cargadas. [12]
Según la nomenclatura de Mendeleev para elementos sin nombre y no descubiertos , el flerovium a veces se llama eka- plomo . En 1979, la IUPAC publicó recomendaciones según las cuales el elemento debía llamarse ununquadium (símbolo Uuq ), [86] un nombre de elemento sistemático como marcador de posición , hasta que se confirme el descubrimiento del elemento y se decida un nombre permanente. La mayoría de los científicos en el campo lo llamaron "elemento 114", con el símbolo de E114 , (114) o 114 . [3]
Según las recomendaciones de la IUPAC, el descubridor de un nuevo elemento tiene derecho a sugerir un nombre. [87] Después de que la IUPAC reconociera el descubrimiento de flerovium ylivermorium el 1 de junio de 2011, la IUPAC pidió al equipo de descubrimiento de JINR que sugiriera nombres permanentes para los dos elementos. El equipo de Dubna eligió el nombre flerovium (símbolo Fl), [88] [89] en honor al Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares (FLNR) de Rusia , que lleva el nombre del físico soviético Georgy Flyorov (también escrito Flerov); Informes anteriores afirman que el nombre del elemento fue propuesto directamente en honor a Flyorov. [90] De acuerdo con la propuesta recibida de los descubridores, la IUPAC nombró oficialmente a flerovium en honor al Laboratorio de Reacciones Nucleares de Flerov, no en honor al propio Flyorov. [9] Flyorov es conocido por escribirle a Joseph Stalin en abril de 1942 y señalarle el silencio en las revistas científicas en el campo de la fisión nuclear en los Estados Unidos, Gran Bretaña y Alemania. Flyorov dedujo que esta investigación debió convertirse en información clasificada en esos países. El trabajo y los impulsos de Flyorov condujeron al desarrollo del propio proyecto de bomba atómica de la URSS . [89] Flyorov también es conocido por el descubrimiento de la fisión espontánea con Konstantin Petrzhak . La ceremonia de nombramiento de flerovium ylivermorium se celebró el 24 de octubre de 2012 en Moscú. [91]
En una entrevista de 2015 con Oganessian, el presentador, preparándose para hacer una pregunta, dijo: "Dijiste que habías soñado con nombrar [un elemento] en honor a tu maestro Georgy Flyorov". Sin dejar que el presentador terminara, Oganessian dijo repetidamente: "Lo hice". [92]
Se han medido muy pocas propiedades del flerovium o sus compuestos; debido a su producción extremadamente limitada y costosa [93] y al hecho de que se descompone muy rápidamente. Se han medido algunas propiedades singulares, pero en su mayor parte, las propiedades del flerovium siguen siendo desconocidas y sólo se dispone de predicciones.
La base de la periodicidad química en la tabla periódica es el cierre de la capa electrónica de cada gas noble ( números atómicos 2 , 10 , 18 , 36 , 54 , 86 y 118 ): ya que cualquier electrón adicional debe entrar en una nueva capa con mayor energía. , las configuraciones electrónicas de capa cerrada son notablemente más estables, de ahí la inercia de los gases nobles. [94] También se sabe que los protones y los neutrones forman capas nucleares cerradas, por lo que lo mismo sucede en los cierres de las capas de nucleones, que ocurren en números de nucleones específicos a menudo denominados "números mágicos". Los números mágicos conocidos son 2, 8, 20, 28, 50 y 82 para protones y neutrones; también 126 para neutrones. [94] Los núcleos con números mágicos de protones y neutrones , como el helio-4 , el oxígeno-16 , el calcio-48 y el plomo-208 , son "doblemente mágicos" y son muy estables. Esta estabilidad es muy importante para los elementos superpesados : sin estabilización, se esperaría que las vidas medias, por extrapolación exponencial, fueran nanosegundos en el darmstadtio (elemento 110), porque la repulsión electrostática cada vez mayor entre protones supera la fuerza nuclear fuerte de rango limitado que mantiene unidos los núcleos. Se cree que las siguientes capas de nucleones cerradas (números mágicos) denotan el centro de la tan buscada isla de estabilidad, donde las vidas medias hasta la desintegración alfa y la fisión espontánea se alargan nuevamente. [94]
Inicialmente, por analogía con el número mágico de neutrones 126, la próxima capa de protones también se esperaba en el elemento 126 , demasiado lejos de las capacidades de síntesis de mediados del siglo XX como para recibir mucha atención teórica. En 1966, nuevos valores para el potencial y la interacción espín-órbita en esta región de la tabla periódica [95] contradecían esto y predijeron que la siguiente capa de protones estaría en el elemento 114, [94] y que los núcleos en esta región estarían relativamente estable frente a la fisión espontánea. [94] Las capas de neutrones cerradas esperadas en esta región tenían el número de neutrones 184 o 196, lo que hacía que 298 Fl y 310 Fl fueran candidatos a ser doblemente mágicos. [94] Las estimaciones de 1972 predijeron una vida media de alrededor de 1 año para 298 Fl, que se esperaba que estuviera cerca de una isla de estabilidad centrada cerca de 294 Ds (con una vida media de alrededor de 10 10 años, comparable a 232 Th ). [94] Después de fabricar los primeros isótopos de los elementos 112-118 a principios del siglo XXI, se descubrió que estos isótopos deficientes en neutrones estaban estabilizados contra la fisión. Así, en 2008 se planteó la hipótesis de que la estabilización contra la fisión de estos nucleidos se debía a sus núcleos achatados , y que una región de núcleos achatados estaba centrada en 288 Fl. Además, los nuevos modelos teóricos mostraron que la brecha de energía esperada entre los orbitales de protones 2f 7/2 (lleno en el elemento 114) y 2f 5/2 (lleno en el elemento 120 ) era menor de lo esperado, por lo que el elemento 114 ya no parecía ser un capa nuclear cerrada, esférica y estable. Ahora se espera que el próximo núcleo doblemente mágico tenga alrededor de 306 Ubb, pero la corta vida media esperada de este nucleido y su baja sección transversal de producción hacen que su síntesis sea un desafío. [66] Aún así, se espera que exista la isla de estabilidad en esta región, y más cerca de su centro (al que aún no se ha abordado lo suficiente) algunos nucleidos, como 291 Mc y sus hijas de desintegración alfa y beta , [n ] puede desintegrarse por emisión de positrones o captura de electrones y, por lo tanto, moverse hacia el centro de la isla. [84] Debido a las altas barreras de fisión esperadas, cualquier núcleo en esta isla de estabilidad se desintegraría exclusivamente por desintegración alfa y quizás algo de captura de electrones y desintegración beta , [94]Ambos acercarían los núcleos a la línea de estabilidad beta donde se espera que esté la isla. Se necesita la captura de electrones para llegar a la isla, lo cual es problemático porque no es seguro que la captura de electrones sea un modo de desintegración importante en esta región del mapa de nucleidos . [84]
Se realizaron experimentos en 2000-2004 en el Laboratorio de Reacciones Nucleares Flerov en Dubna para estudiar las propiedades de fisión del núcleo compuesto 292 Fl bombardeando 244 Pu con iones de 48 Ca acelerados . [96] 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 los dos núcleos. [97] [o] Los resultados mostraron cómo dichos núcleos se fisionan principalmente expulsando fragmentos doblemente mágicos o casi doblemente mágicos, como 40 Ca , 132 Sn , 208 Pb o 209 Bi . También se descubrió que los proyectiles de 48 Ca y 58 Fe tenían un rendimiento similar en la vía de fusión-fisión, lo que sugiere un posible uso futuro de proyectiles de 58 Fe para fabricar elementos superpesados. [96] También se ha sugerido que se puede formar un isótopo de flerovium rico en neutrones mediante cuasifisión (fusión parcial seguida de fisión) de un núcleo masivo. [98] Recientemente se ha demostrado que las reacciones de transferencia de múltiples núcleos en colisiones de núcleos de actínidos (como uranio y curio ) podrían usarse para producir núcleos superpesados ricos en neutrones en la isla de estabilidad, [98] aunque la producción de neutrones Lo más probable es que sean ricos en nobelio o seaborgio . [84]
Las estimaciones teóricas de las vidas medias de desintegración alfa de los isótopos de flerovium respaldan los datos experimentales. [99] [100] Se predice que el isótopo 298 Fl, que sobrevivió a la fisión y que durante mucho tiempo se esperaba que fuera doblemente mágico, tendrá una vida media de desintegración alfa de aproximadamente 17 días. [101] [102] Actualmente, producir 298 Fl directamente mediante una vía de fusión-evaporación es imposible: ninguna combinación conocida de objetivo y proyectil estable puede producir 184 neutrones para el núcleo compuesto, y proyectiles radiactivos como 50 Ca (vida media de 14 s). ) aún no se puede utilizar en la cantidad e intensidad necesarias. [98] Una posibilidad para crear los núcleos teorizados de larga vida de copernicio ( 291 Cn y 293 Cn) y flerovium cerca del centro de la isla es utilizar objetivos aún más pesados, como 250 Cm , 249 Bk , 251 Cf y 254 Es . , que cuando se fusiona con 48 Ca produciría isótopos como 291 Mc y 291 Fl (como productos de desintegración de 299 Uue, 295 Ts y 295 Lv), que pueden tener suficientes neutrones para desintegrarse alfa en nucleidos lo suficientemente cerca del centro de la isla posiblemente sufra captura de electrones y se mueva hacia el centro. Sin embargo, las secciones transversales de reacción serían pequeñas y aún se sabe poco sobre las propiedades de desintegración de los superpesados cerca de la línea de estabilidad beta. Esta puede ser la mejor esperanza actual para sintetizar núcleos en la isla de la estabilidad, pero es especulativa y puede que funcione o no en la práctica. [84] Otra posibilidad es utilizar explosiones nucleares controladas para obtener el alto flujo de neutrones necesario para producir cantidades macroscópicas de dichos isótopos. [84] Esto imitaría el proceso r en el que los actínidos se produjeron por primera vez en la naturaleza y la brecha de inestabilidad después de que se superó el polonio , ya que evitaría las brechas de inestabilidad en 258-260 Fm y en el número de masa 275 (números atómicos 104 a 108). [84] Algunos de estos isótopos (especialmente 291 Cn y 293 Cn) pueden incluso haber sido sintetizados en la naturaleza, pero se desintegrarían demasiado rápido (con vidas medias de sólo miles de años) y se producirían en cantidades demasiado pequeñas (~10 −12 la abundancia de plomo) que hoy es detectable fuera de los rayos cósmicos . [84]
El flerovio se encuentra en el grupo 14 de la tabla periódica , debajo del carbono , el silicio , el germanio , el estaño y el plomo . Cada elemento anterior del grupo 14 tiene 4 electrones en su capa de valencia, de ahí la configuración electrónica de valencia ns 2 np 2 . Para flerovium, la tendencia continuará y se predice que la configuración electrónica de valencia será 7s 2 7p 2 ; [3] flerovium será similar a sus congéneres más ligeros en muchos aspectos. Es probable que surjan diferencias; un gran contribuyente es la interacción espín-órbita (SO), interacción mutua entre el movimiento de los electrones y el espín . Es especialmente fuerte en elementos superpesados, porque los electrones se mueven más rápido que en los átomos más ligeros, a velocidades comparables a la velocidad de la luz . [103] Para el flerovium, reduce los niveles de energía de los electrones 7s y 7p (estabilizando los electrones correspondientes), pero dos de los niveles de energía de los electrones 7p se estabilizan más que los otros cuatro. [104] La estabilización de los electrones 7s se denomina efecto de par inerte , y el efecto de "desgarro" de la subcapa 7p en partes más y menos estabilizadas se denomina división de subcapa. Los químicos computacionales ven la división como un cambio del segundo número cuántico ( azimutal ) ℓ de 1 a 1 ⁄ 2 y 3 ⁄ 2 para las partes más estabilizadas y menos estabilizadas de la subcapa 7p, respectivamente. [105] [p] Para muchos propósitos teóricos, la configuración electrónica de valencia se puede representar para reflejar la subcapa 7p dividida como 7s. 2
7p2
1/2. [3] Estos efectos hacen que la química del flerovium sea algo diferente de la de sus vecinos más claros.
Porque la división espín-órbita de la subcapa 7p es muy grande en flerovium, y ambos orbitales llenos de flerovium en la séptima capa están estabilizados relativistamente; Se puede considerar que la configuración electrónica de valencia del flerovium tiene una capa completamente llena. Su primera energía de ionización de 8,539 eV (823,9 kJ/mol ) debería ser la segunda más alta del grupo 14. [3] Los niveles de electrones 6d también están desestabilizados, lo que lleva a algunas especulaciones iniciales de que pueden ser químicamente activos, aunque trabajos más recientes sugieren esto es poco probable. [94] Debido a que la primera energía de ionización es mayor que en el silicio y el germanio , aunque aún menor que en el carbono , se ha sugerido que el flerovium podría clasificarse como un metaloide . [106]
La configuración electrónica de capa cerrada del Flerovium significa que el enlace metálico en el Flerovium metálico es más débil que en los elementos anteriores y posteriores; por lo tanto, se espera que el flerovio tenga un punto de ebullición bajo , [3] y recientemente se ha sugerido que posiblemente sea un metal gaseoso, similar a las predicciones para el copernicio, que también tiene una configuración electrónica de capa cerrada. [66] En la década de 1970 se predijo que los puntos de fusión y ebullición del Flerovium serían de alrededor de 70 y 150 °C, [3] significativamente más bajos que los de los elementos más ligeros del grupo 14 (el plomo tiene 327 y 1749 °C), y continuando la tendencia a la disminución. puntos de ebullición en el grupo. Estudios anteriores predijeron un punto de ebullición de ~1000 °C o 2840 °C, [94] pero ahora se considera poco probable debido a los enlaces metálicos débiles esperados y a que las tendencias del grupo esperarían que el flerovium tuviera una entalpía de sublimación baja. [3] Los cálculos preliminares de 2021 predijeron que el flerovium debería tener un punto de fusión de -73 °C (más bajo que el mercurio a -39 °C y el copernicio, previsto 10 ± 11 °C) y un punto de ebullición de 107 °C, lo que lo convertiría en un metal líquido. . [107] Al igual que el mercurio , el radón y el copernicio , pero no el plomo y el oganesson (eka-radon), se calcula que el flerovium no tiene afinidad electrónica . [108]
Un estudio de 2010 publicó cálculos que predicen una estructura cristalina hexagonal compacta para el flerovium debido a los efectos del acoplamiento espín-órbita, y una densidad de 9,928 g/cm 3 , aunque se observó que probablemente era un poco demasiado baja. [109] Cálculos más recientes publicados en 2017 esperaban que el flerovium cristalizara en una estructura cristalina cúbica centrada en la cara como su congénere más ligero, el plomo, [110] y los cálculos publicados en 2022 predijeron una densidad de 11,4 ± 0,3 g/cm 3 , similar a la del plomo (11.34 g/cm3 ) . Estos cálculos encontraron que las estructuras compactas cúbicas y hexagonales centradas en las caras deberían tener casi la misma energía, un fenómeno que recuerda a los gases nobles. Estos cálculos predicen que el flerovium hexagonal compacto debería ser un semiconductor, con una banda prohibida de 0,8 ± 0,3 eV. (También se predice que el copernicio será un semiconductor). Estos cálculos predicen que la energía cohesiva del flerovium debería ser de alrededor de −0,5 ± 0,1 eV; esto es similar al previsto para el oganesson (−0,45 eV), mayor que el previsto para el copernicio (−0,38 eV), pero menor que el del mercurio (−0,79 eV). El punto de fusión se calculó como 284 ± 50 K (11 ± 50 °C), por lo que el flerovium es probablemente un líquido a temperatura ambiente, aunque no se determinó el punto de ebullición. [4]
Se espera que el electrón de un ion de flerovio similar al hidrógeno (Fl 113+ ; elimine todos los electrones menos uno) se mueva tan rápido que su masa sea 1,79 veces la de un electrón estacionario, debido a efectos relativistas . (Se espera que las cifras para el plomo y el estaño similares al hidrógeno sean 1,25 y 1,073 respectivamente. [111] ) El flerovio formaría enlaces metal-metal más débiles que el plomo y se absorbería menos en las superficies. [111]
Flerovium es el miembro más pesado conocido del grupo 14, por debajo del plomo, y se proyecta que sea el segundo miembro de la serie de elementos 7p. Se espera que Nihonium y Flerovium formen un subperíodo muy corto correspondiente al llenado del orbital 7p 1/2 , entre el llenado de las subcapas 6d 5/2 y 7p 3/2 . Se espera que su comportamiento químico sea muy distintivo: la homología del nihonio con el talio ha sido calificada de "dudosa" por los químicos computacionales, mientras que la del flerovium con el plomo ha sido calificada sólo de "formal". [112]
Los primeros cinco miembros del grupo 14 muestran un estado de oxidación +4 y los últimos miembros tienen una química +2 cada vez más prominente debido a la aparición del efecto del par inerte. Para el estaño, los estados +2 y +4 son similares en estabilidad, y el plomo (II) es el más estable de todos los estados de oxidación +2 químicamente bien entendidos del grupo 14. [3] Los orbitales 7s están muy estabilizados en flerovium, por lo que se necesita una hibridación orbital sp 3 muy grande para lograr un estado de oxidación +4, por lo que se espera que flerovium sea incluso más estable que el plomo en su estado de oxidación +2 fuertemente predominante y su estado de oxidación +4 debería ser altamente inestable. [3] Por ejemplo, se espera que el dióxido (FlO 2 ) sea muy inestable a la descomposición en sus elementos constituyentes (y no se formaría por reacción directa de flerovium con oxígeno), [3] [113] y flerovane (FlH 4 ), que debería tener longitudes de enlace Fl-H de 1,787 Å [6] y sería el homólogo más pesado del metano (los compuestos más ligeros incluyen silano , germano y estannano ), se predice que será más termodinámicamente inestable que el plumbano , descomponiéndose espontáneamente en flerovium. (II) hidruro (FlH 2 ) y H 2 . [114] El tetrafluoruro FlF 4 [115] tendría enlaces debido principalmente a hibridaciones sd en lugar de hibridaciones sp 3 , [94] y su descomposición en gas difluoruro y flúor sería exotérmica. [6] Los otros tetrahaluros (por ejemplo, FlCl 4 se desestabiliza en aproximadamente 400 kJ/mol) se descomponen de manera similar. [6] El correspondiente anión polifluoruro FlF2-6
debe ser inestable a la hidrólisis en solución acuosa, y aniones polihaluro de flerovium (II) como FlBr−
3y FLI−
3Se predice que se formarán preferentemente en soluciones. [3] Las hibridaciones sd se sugirieron en los primeros cálculos, ya que los electrones 7s y 6d del flerovium comparten aproximadamente la misma energía, lo que permitiría que se formara un hexafluoruro volátil , pero cálculos posteriores no confirman esta posibilidad. [94] En general, la contracción de la órbita de espín del orbital 7p 1/2 debería conducir a longitudes de enlace más pequeñas y ángulos de enlace más grandes: esto se ha confirmado teóricamente en FlH 2 . [6] Aún así, incluso FlH 2 debería desestabilizarse relativistamente en 2,6 eV por debajo de Fl+H 2 ; Los grandes efectos de espín-órbita también rompen la división habitual singlete-triplete en los dihidruros del grupo 14. Se predice que FlF 2 y FlCl 2 serán más estables que FlH 2 . [116]
Debido a la estabilización relativista del 7s 2 7p de flerovium2
1/2configuración electrónica de valencia, el estado de oxidación 0 también debería ser más estable para el flerovium que para el plomo, ya que los electrones 7p 1/2 también comienzan a tener un suave efecto de par inerte: [3] esta estabilización del estado neutro puede provocar algunas similitudes entre el comportamiento del flerovium y el gas noble radón . [67] Debido a la relativa inercia esperada del flerovium, los compuestos diatómicos FlH y FlF deberían tener energías de disociación más bajas que los correspondientes compuestos principales PbH y PbF. [6] El flerovio (IV) debería ser incluso más electronegativo que el plomo (IV); [115] el plomo (IV) tiene una electronegatividad de 2,33 en la escala de Pauling, aunque el valor del plomo (II) es sólo 1,87. Flerovium podría ser un metal noble . [3]
El flerovio (II) debería ser más estable que el plomo (II) y los haluros FlX + , FlX 2 , FlX−
3y FLX2-4
(X = Cl , Br , I ) se forman fácilmente. Los fluoruros sufrirían una fuerte hidrólisis en solución acuosa. [3] Se espera que todos los dihaluros de flerovium sean estables; [3] siendo el difluoruro soluble en agua. [117] Los efectos de la órbita de giro desestabilizarían el dihidruro (FlH 2 ) en casi 2,6 eV (250 kJ/mol). [113] En solución acuosa, el oxianión flerovita ( FlO2-2
) también se formaría, de forma análoga a la plumbita . El sulfato de flerovium(II) (FlSO 4 ) y el sulfuro (FlS) deben ser muy insolubles en agua, y el acetato de flerovium(II) (FlC 2 H 3 O 2 ) y el nitrato (Fl(NO 3 ) 2 ) deben ser bastante hidrosolubles. soluble. [94] Se estima que el potencial del electrodo estándar para la reducción del ion Fl 2+ a flerovium metálico es de alrededor de +0,9 V, lo que confirma la mayor estabilidad del flerovium en estado neutro. [3] En general, debido a la estabilización relativista del espinor 7p 1/2 , se espera que Fl 2+ tenga propiedades intermedias entre las de Hg 2+ o Cd 2+ y su congénere más ligero Pb 2+ . [3]
El flerovio es actualmente el último elemento cuya química se ha investigado experimentalmente, aunque los estudios hasta el momento no son concluyentes. Se realizaron dos experimentos entre abril y mayo de 2007 en una colaboración conjunta FLNR- PSI para estudiar la química del copernicio. El primer experimento utilizó la reacción 242 Pu( 48 Ca,3n) 287 Fl; y el segundo, 244 Pu( 48 Ca,4n) 288 Fl: estas reacciones dan lugar a isótopos de flerovium de vida corta cuyas hijas de copernicio serían luego estudiadas. [118] Las propiedades de adsorción de los átomos resultantes sobre una superficie de oro se compararon con las del radón, ya que entonces se esperaba que la configuración electrónica de capa completa del copernicio condujera a un comportamiento similar al de un gas noble. [118] Los gases nobles interactúan muy débilmente con las superficies metálicas, lo cual no es característico de los metales. [118]
El primer experimento encontró 3 átomos de 283 Cn pero aparentemente también 1 átomo de 287 Fl. Esto fue una sorpresa; El tiempo de transporte de los átomos del producto es de ~2 s, por lo que el flerovium debería haberse desintegrado a copernicio antes de la adsorción. En la segunda reacción se observaron 2 átomos de 288 Fl y posiblemente 1 de 289 Fl. Dos de los tres átomos mostraron características de adsorción asociadas con un elemento volátil similar a un gas noble, lo cual ha sido sugerido pero no predicho por cálculos más recientes. Estos experimentos dieron una confirmación independiente del descubrimiento de copernicio, flerovium ylivermorium mediante la comparación con los datos de desintegración publicados. Otros experimentos realizados en 2008 para confirmar este importante resultado detectaron 1 átomo de 289 Fl y respaldaron datos anteriores que mostraban que el flerovium tenía una interacción similar a la de un gas noble con el oro. [118]
El apoyo empírico a un flerovio similar a un gas noble pronto se debilitó. En 2009 y 2010, la colaboración FLNR-PSI sintetizó más flerovio para dar seguimiento a sus estudios de 2007 y 2008. En particular, los primeros tres átomos de flerovium obtenidos en el estudio de 2010 sugirieron nuevamente un carácter similar al de un gas noble, pero el conjunto completo en conjunto resultó en una interpretación más ambigua, inusual para un metal en el grupo del carbono pero no completamente como un noble. de carácter gaseoso. [119] En su artículo, los científicos se abstuvieron de calificar las propiedades químicas del flerovium como "cercanas a las de los gases nobles", como se había hecho anteriormente en el estudio de 2008. [119] La volatilidad del flerovium se midió nuevamente a través de interacciones con una superficie de oro y proporcionó indicaciones de que la volatilidad del flerovium era comparable a la del mercurio, el astato y el copernicio investigado simultáneamente, que se había demostrado en el estudio que era muy volátil. metal noble, conforme a que es el elemento del grupo 12 más pesado conocido. [119] Aún así, se señaló que este comportamiento volátil no se esperaba para un metal habitual del grupo 14. [119]
En experimentos realizados en 2012 en GSI, se descubrió que la química del flerovio era más metálica que la de un gas noble. Jens Volker Kratz y Christoph Düllmann nombraron específicamente al copernicio y al flerovium como parte de una nueva categoría de "metales volátiles"; Kratz incluso especuló que podrían ser gases a temperatura y presión estándar . [66] [120] Se esperaba que estos "metales volátiles", como categoría, se ubicaran entre los metales normales y los gases nobles en términos de propiedades de adsorción. [66] Contrariamente a los resultados de 2009 y 2010, en los experimentos de 2012 se demostró que las interacciones de flerovium y copernicium respectivamente con el oro eran aproximadamente iguales. [121] Otros estudios demostraron que el flerovium era más reactivo que el copernicio, en contradicción con experimentos y predicciones anteriores. [66]
En un artículo de 2014 que detalla los resultados experimentales de la caracterización química del flerovium, el grupo GSI escribió: "[flerovium] es el elemento menos reactivo del grupo, pero sigue siendo un metal". [122] Sin embargo, en una conferencia de 2016 sobre química y física de elementos pesados y superpesados, Alexander Yakushev y Robert Eichler, dos científicos que habían estado activos en GSI y FLNR en la determinación de la química del flerovio, aún instaron a la precaución debido a las inconsistencias de los diversos experimentos enumerados anteriormente, señalando que la cuestión de si el flerovium era un metal o un gas noble aún estaba abierta con la evidencia conocida: un estudio sugirió una interacción débil similar a un gas noble entre el flerovium y el oro, mientras que el otro sugirió una interacción metálica más fuerte. . [123] El isótopo de vida más larga 289 Fl se ha considerado de interés para futuros estudios radioquímicos. [124]
Nuevos experimentos publicados en 2022 sugieren que el flerovium es un metal que muestra una reactividad más baja hacia el oro que el mercurio, pero una reactividad mayor que el radón. Los experimentos no pudieron identificar si la adsorción se debió al flerovium elemental (considerado más probable), o si se debió a un compuesto de flerovium como FlO que era más reactivo con el oro que el flerovium elemental, pero ambos escenarios implican que el flerovium forme enlaces químicos. [125] [126]
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págs. 030001-1–030001-17, págs. 030001-18–030001-138, Tabla I. La tabla NUBASE2016 de propiedades nucleares y de desintegración
