Flerovium - Flerovium

Flerovium,  ₁₁₄ Fl

Flerovium
Pronúncia
Número de massa	[289] (não confirmado: 290)
Flerovium na tabela periódica
Hidrogênio Hélio Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Krypton Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Índio Lata Antimônio Telúrio Iodo Xenon Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Europium Gadolínio Térbio Disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Pista Bismuto Polônio Astatine Radon Francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Americium Curium Berquélio Californium Einsteinium Fermium Mendelévio Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seabórgio Bohrium Hassium Meitnerium Darmstádio Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson Pb ↑ Fl ↓ (Uho) nihônio ← flerovium → moscovium
Número atômico ( Z )	114
Grupo	grupo 14 (grupo carbono)
Período	período 7
Quadra	bloco p
Configuração de elétron	[ Rn ] 5f 14 6d 10 7s 2 7p 2 (previsto)
Elétrons por camada	2, 8, 18, 32, 32, 18, 4 (previsto)
Propriedades físicas
Fase em  STP	líquido (previsto)
Ponto de fusão	200  K (−73 ° C, −100 ° F) (previsto)
Ponto de ebulição	380 K (107 ° C, 224 ° F) (previsto)
Densidade (próximo à  rt )	9,928 g / cm 3 (previsto)
Calor da vaporização	38 kJ / mol (previsto)
Propriedades atômicas
Estados de oxidação	(0), (+1), ( +2 ), (+4), (+6) (previsto)
Energias de ionização
Raio atômico	empírico: 180  pm (previsto)
Raio covalente	171-177 pm (extrapolado)
Outras propriedades
Ocorrência natural	sintético
Estrutura de cristal	​cúbico centrado na face (fcc) (previsto)
Número CAS	54085-16-4
História
Nomeação	em homenagem ao Laboratório de Reações Nucleares de Flerov (nomeado em homenagem a Georgy Flyorov )
Descoberta	Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear (JINR) e Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) (1999)
Isótopos principais de flerovium
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos 284 Fl syn 2,5 ms SF 285 Fl syn 0,10 s α 281 Cn 286 Fl syn 0,12 s 40% α 282 Cn 60% SF 287 Fl syn 0,48 s α 283 Cn CE? 287 Nh 288 Fl syn 0,66 s α 284 Cn 289 Fl syn 1,9 s α 285 Cn 290 Fl syn 19 s? CE 290 Nh α 286 Cn
Categoria: Flerovium visualizar conversa editar | referências

Flerovium é um elemento químico artificial superpesado com o símbolo Fl e número atômico 114. É um elemento sintético extremamente radioativo . O elemento tem o nome do Laboratório Flerov de Reações Nucleares do Joint Institute for Nuclear Research em Dubna , Rússia, onde o elemento foi descoberto em 1998. O nome do laboratório, por sua vez, homenageia o físico russo Georgy Flyorov ( Флёров em cirílico , daí a transliteração de " yo " para "e"). O nome foi adotado pela IUPAC em 30 de maio de 2012. O nome e o símbolo haviam sido propostos anteriormente para o elemento 102 ( nobélio ), mas não foram aceitos pela IUPAC na época.

Na tabela periódica dos elementos, é um elemento transactinídeo no bloco p . É um membro do 7º período e é o membro conhecido mais pesado do grupo de carbono ; é também o elemento mais pesado cuja química foi investigada. Os estudos químicos iniciais realizados em 2007–2008 indicaram que o flerovium era inesperadamente volátil para um elemento do grupo 14; em resultados preliminares, parecia até exibir propriedades semelhantes às dos gases nobres . Resultados mais recentes mostram que a reação do flerovium com o ouro é semelhante à do copernicium , mostrando que é um elemento muito volátil que pode até ser gasoso em temperatura e pressão padrão , que apresentaria propriedades metálicas , consistentes com ser o homólogo mais pesado de chumbo , e que seria o metal menos reativo no grupo 14. A questão de saber se o flerovium se comporta mais como um metal ou um gás nobre ainda não estava resolvida em 2020.

Cerca de 90 átomos de flerovium foram observados: 58 foram sintetizados diretamente, e o resto foi feito a partir da decomposição radioativa de elementos mais pesados. Todos esses átomos de flerovium mostraram ter números de massa de 284 a 290. O isótopo flerovium conhecido mais estável , flerovium-289, tem meia-vida de cerca de 1,9 segundos, mas é possível que o flerovium-290 não confirmado (com um nêutron extra) pode ter uma meia-vida mais longa de 19 segundos; esta seria uma das meias-vidas mais longas de qualquer isótopo de qualquer elemento nas partes mais distantes da tabela periódica. Prevê-se que o Flerovium esteja próximo ao centro da ilha de estabilidade teorizada , e espera-se que os isótopos mais pesados ​​do flerovium, especialmente o possivelmente mágico flerovium-298, possam ter meias-vidas ainda mais longas.

Introdução

Uma representação gráfica de uma reação de fusão nuclear . Dois núcleos se fundem em um, emitindo um nêutron . As reações que criaram novos elementos para este momento foram semelhantes, com a única diferença possível que vários nêutrons singulares às vezes eram liberados, ou nenhum.

Vídeo externo
Visualização de fusão nuclear malsucedida, com base em cálculos da Australian National University

Os núcleos atômicos mais pesados são criados em reações nucleares que combinam dois outros núcleos de tamanhos desiguais em um; grosso modo, quanto mais desiguais os dois núcleos em termos de massa, maior a possibilidade de os dois reagirem. O material formado pelos núcleos mais pesados ​​é transformado em alvo, que é então bombardeado pelo feixe de núcleos mais leves. Dois núcleos só podem se fundir em um se se aproximarem um do outro; normalmente, os núcleos (todos carregados positivamente) se repelem devido à repulsão eletrostática . A interação forte pode superar essa repulsão, mas apenas dentro de uma distância muito curta de um núcleo; os núcleos do feixe são, portanto, grandemente acelerados a fim de tornar essa repulsão insignificante em comparação com a velocidade do núcleo do feixe. Chegar perto sozinho não é suficiente para dois núcleos se fundirem: quando dois núcleos se aproximam, eles geralmente permanecem juntos por aproximadamente ^10-20  segundos e então se separam (não necessariamente na mesma composição de antes da reação) em vez de formar um único núcleo. Se a fusão ocorrer, a fusão temporária - denominada núcleo composto - é um estado excitado . Para perder sua energia de excitação e atingir um estado mais estável, um núcleo composto fissiona ou ejeta um ou vários nêutrons , que carregam a energia. Isso ocorre em aproximadamente 10 a ¹⁶  segundos após a colisão inicial.

O feixe passa pelo alvo e atinge a próxima câmara, o separador; se um novo núcleo é produzido, ele é carregado com este feixe. No separador, o núcleo recém-produzido é separado de outros nuclídeos (o do feixe original e quaisquer outros produtos de reação) e transferido para um detector de barreira de superfície , que pára o núcleo. A localização exata do próximo impacto no detector é marcada; também marcados são sua energia e o tempo da chegada. A transferência leva cerca de 10 ⁻⁶  segundos; para ser detectado, o núcleo deve sobreviver por tanto tempo. O núcleo é registrado novamente assim que sua decadência é registrada, e a localização, a energia e o tempo de decadência são medidos.

A estabilidade de um núcleo é fornecida pela interação forte. No entanto, seu alcance é muito curto; conforme os núcleos se tornam maiores, sua influência sobre os núcleos mais externos ( prótons e nêutrons) enfraquece. Ao mesmo tempo, o núcleo é dilacerado pela repulsão eletrostática entre prótons, pois tem alcance ilimitado. Os núcleos dos elementos mais pesados ​​são, portanto, teoricamente previstos e, até agora, observou-se que decaem principalmente por meio de modos de decaimento que são causados ​​por tal repulsão: decadência alfa e fissão espontânea ; esses modos são predominantes para núcleos de elementos superpesados . Os decaimentos alfa são registrados pelas partículas alfa emitidas e os produtos do decaimento são fáceis de determinar antes do decaimento real; se tal decaimento ou uma série de decaimentos consecutivos produz um núcleo conhecido, o produto original de uma reação pode ser determinado aritmeticamente. A fissão espontânea, entretanto, produz vários núcleos como produtos, de modo que o nuclídeo original não pode ser determinado a partir de suas filhas.

A informação à disposição dos físicos com o objetivo de sintetizar um dos elementos mais pesados ​​são, portanto, as informações coletadas nos detectores: localização, energia e tempo de chegada de uma partícula ao detector e de seu decaimento. Os físicos analisam esses dados e procuram concluir que ele foi de fato causado por um novo elemento e não poderia ter sido causado por um nuclídeo diferente do alegado. Freqüentemente, os dados fornecidos são insuficientes para concluir que um novo elemento foi definitivamente criado e não há outra explicação para os efeitos observados; erros na interpretação dos dados foram cometidos.

História

Pré-descoberta

Do final da década de 1940 ao início da década de 1960, os primeiros dias da síntese de elementos de transurânio cada vez mais pesados , previa-se que, uma vez que tais elementos pesados ​​não ocorriam naturalmente, eles teriam meias-vidas cada vez mais curtas para a fissão espontânea , até que eles deixou de existir completamente em torno do elemento 108 (agora conhecido como hassium ). O trabalho inicial na síntese dos actinídeos pareceu confirmar isso. O modelo de camada nuclear , introduzido em 1949 e amplamente desenvolvido no final dos anos 1960 por William Myers e Władysław Świątecki , afirmou que os prótons e nêutrons formavam camadas dentro de um núcleo, algo análogo aos elétrons formando camadas de elétrons dentro de um átomo. Os gases nobres não reagem devido ao fato de possuírem camadas de elétrons cheias; assim, foi teorizado que os elementos com camadas nucleares completas - tendo os chamados números " mágicos " de prótons ou nêutrons - seriam estabilizados contra o decaimento radioativo . Um isótopo duplamente mágico , tendo números mágicos de prótons e nêutrons, seria especialmente estabilizado. Heiner Meldner calculou em 1965 que o próximo isótopo duplamente mágico após o chumbo-208 seria o flerovium-298 com 114 prótons e 184 nêutrons, que formaria o centro de uma chamada " ilha de estabilidade ". Esta ilha de estabilidade, supostamente variando de copernicium (elemento 112) a oganesson (118), viria após um longo "mar de instabilidade" dos elementos 101 (mendelévio) a 111 (roentgênio), e os isótopos de flerovium nela foram especulados em 1966 para ter meias-vidas superiores a cem milhões de anos. Essas primeiras previsões fascinaram os pesquisadores e levaram à primeira tentativa de síntese do flerovium em 1968, usando a reação ²⁴⁸ cm ( ⁴⁰ Ar, xn). Nenhum isótopo de flerovium foi encontrado nesta reação. Acreditava-se que isso ocorria porque o núcleo composto ²⁸⁸ Fl tinha apenas 174 nêutrons em vez da mágica hipotética 184, e isso teria um impacto significativo na seção transversal da reação (rendimento) e nas meias-vidas dos núcleos produzidos. Em seguida, demorou mais trinta anos para que os primeiros isótopos de flerovium fossem sintetizados. Trabalhos mais recentes sugerem que as ilhas locais de estabilidade em torno do hassium e flerovium são devido a esses núcleos serem respectivamente deformados e oblatos , o que os torna resistentes à fissão espontânea, e que a verdadeira ilha de estabilidade para núcleos esféricos ocorre em torno do antibiótico -306 ( com 122 prótons e 184 nêutrons).

Descoberta

Flerovium foi sintetizado pela primeira vez em dezembro de 1998 por uma equipe de cientistas do Joint Institute for Nuclear Research (JINR) em Dubna , Rússia, liderado por Yuri Oganessian , que bombardeou um alvo de plutônio-244 com núcleos acelerados de cálcio-48 :

²⁴⁴
₉₄Pu
+ ⁴⁸
₂₀Ca
→ ²⁹²
₁₁₄Fl
* → ²⁹⁰
₁₁₄Fl
+ 2 ¹
₀n

Essa reação já havia sido tentada antes, mas sem sucesso; para essa tentativa de 1998, o JINR atualizou todos os seus equipamentos para detectar e separar melhor os átomos produzidos e bombardear o alvo com mais intensidade. Um único átomo de flerovium, decaindo por emissão alfa com uma vida útil de 30,4 segundos, foi detectado. A energia de decaimento medida foi de 9,71  MeV , dando uma meia-vida esperada de 2–23 s. Esta observação foi atribuída ao isótopo flerovium-289 e publicada em janeiro de 1999. O experimento foi repetido mais tarde, mas um isótopo com essas propriedades de decaimento nunca foi encontrado novamente e, portanto, a identidade exata dessa atividade é desconhecida. É possível que fosse devido ao isômero metaestável ^289m Fl, mas como a presença de toda uma série de isômeros de vida mais longa em sua cadeia de decaimento seria bastante duvidosa, a atribuição mais provável desta cadeia é para o canal 2n que leva a ²⁹⁰ Fl e captura de elétrons para ²⁹⁰ Nh, que se encaixa bem com a sistemática e tendências entre os isótopos de flerovium, e é consistente com a energia do feixe baixo que foi escolhida para esse experimento, embora uma confirmação adicional seja desejável por meio da síntese de ²⁹⁴ Lv no Reação de ²⁴⁸ Cm ( ⁴⁸ Ca, 2n), que decairia alfa para ²⁹⁰ Fl. A equipe da RIKEN relatou uma possível síntese dos isótopos ²⁹⁴ Lv e ²⁹⁰ Fl em 2016 por meio da reação de ²⁴⁸ Cm ( ⁴⁸ Ca, 2n), mas o decaimento alfa de ²⁹⁴ Lv foi perdido, o decaimento alfa de ²⁹⁰ Fl a ²⁸⁶ Cn foi observado em vez da captura de elétrons para ²⁹⁰ Nh, e a atribuição para ²⁹⁴ Lv em vez de ²⁹³ Lv e decaimento para um isômero de ²⁸⁵ Cn não era certa.

Glenn T. Seaborg , um cientista do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley que esteve envolvido no trabalho de sintetizar esses elementos superpesados, disse em dezembro de 1997 que "um de seus sonhos mais duradouros e acalentados era ver um desses elementos mágicos "; ele soube da síntese do flerovium por seu colega Albert Ghiorso logo após sua publicação em 1999. Ghiorso lembrou mais tarde:

Eu queria que Glenn soubesse, então fui até a cabeceira dele e contei a ele. Achei ter visto um brilho em seus olhos, mas no dia seguinte, quando fui visitá-lo, ele não se lembrava de ter me visto. Como cientista, ele morreu quando teve aquele derrame.

-  Albert Ghiorso

Seaborg morreu dois meses depois, em 25 de fevereiro de 1999.

Isótopos

Em março de 1999, a mesma equipe substituiu o alvo de ²⁴⁴ Pu por um de ²⁴² Pu para produzir outros isótopos de flerovium. Nessa reação, dois átomos de flerovium foram produzidos, decaindo por emissão alfa com meia-vida de 5,5 s. Eles foram designados como ²⁸⁷ Fl. Esta atividade também não foi vista novamente, e não está claro qual núcleo foi produzido. É possível que fosse o isômero ^{metaestável 287m} Fl ou o resultado de um ramo de captura de elétrons de ²⁸⁷ Fl levando a ²⁸⁷ Nh e ²⁸³ Rg.

A descoberta agora confirmada do flerovium foi feita em junho de 1999, quando a equipe de Dubna repetiu a primeira reação de 1998. Desta vez, dois átomos de flerovium foram produzidos; o alfa decaiu com meia-vida de 2,6 s, diferente do resultado de 1998. Esta atividade foi inicialmente atribuída a ²⁸⁸ FL por engano, devido à confusão em relação às observações anteriores que foram consideradas provenientes de ²⁸⁹ FL. Trabalhos adicionais em dezembro de 2002 finalmente permitiram uma reatribuição positiva dos átomos de junho de 1999 para ²⁸⁹ Fl.

Em maio de 2009, o Joint Working Party (JWP) da IUPAC publicou um relatório sobre a descoberta de copernicium no qual reconhecia a descoberta do isótopo ²⁸³ Cn. Isso implicou na descoberta do flerovium, a partir do reconhecimento dos dados para a síntese de ²⁸⁷ Fl e ²⁹¹ Lv , que decaem para ²⁸³ Cn. A descoberta dos isótopos flerovium-286 e -287 foi confirmada em janeiro de 2009 em Berkeley. Isso foi seguido pela confirmação do flerovium-288 e -289 em julho de 2009 na Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) na Alemanha. Em 2011, a IUPAC avaliou os experimentos da equipe Dubna de 1999–2007. Eles acharam os primeiros dados inconclusivos, mas aceitaram os resultados de 2004–2007 como flerovium, e o elemento foi oficialmente reconhecido como tendo sido descoberto.

Embora o método de caracterização química de uma filha tenha sido bem-sucedido nos casos de flerovium e livermorium, e a estrutura mais simples de núcleos pares-pares tornasse a confirmação de oganesson (elemento 118) direta, tem havido dificuldades em estabelecer a congruência das cadeias de decadência de isótopos com prótons ímpares, nêutrons ímpares ou ambos. Para contornar esse problema com a fusão a quente, cujas cadeias de decaimento terminam em fissão espontânea em vez de se conectar a núcleos conhecidos como a fusão a frio permite, experimentos foram realizados em Dubna em 2015 para produzir isótopos mais leves de flerovium nas reações de ⁴⁸ Ca com ²³⁹ Pu e ²⁴⁰ Pu, particularmente ²⁸³ Fl, ²⁸⁴ Fl e ²⁸⁵ Fl; o último tinha sido anteriormente caracterizado na reação ²⁴² Pu ( ⁴⁸ Ca, 5n) ²⁸⁵ Fl no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley em 2010. O isótopo ²⁸⁵ Fl foi mais claramente caracterizado, enquanto o novo isótopo ²⁸⁴ Fl foi encontrado para sofrer fissão espontânea imediata em vez de alfa decaimento para nuclídeos conhecidos em torno do fechamento da casca N = 162, e ²⁸³ Fl não foi encontrado. Este isótopo mais leve pode ainda ser produzido na reação de fusão a frio ²⁰⁸ Pb ( ⁷⁶ Ge, n) ²⁸³ Fl, que a equipe da RIKEN no Japão considerou investigar: espera-se que esta reação tenha uma seção transversal maior de 200 fb do que o "recorde mundial" baixo de 30 fb para ²⁰⁹ Bi ( ⁷⁰ Zn, n) ²⁷⁸ Nh, a reação que RIKEN usou para a descoberta oficial do elemento 113, agora denominado nihonium . A equipe de Dubna repetiu sua investigação da reação de ²⁴⁰ Pu + ⁴⁸ Ca em 2017, observando três novas cadeias de decaimento consistentes de ²⁸⁵ Fl, uma cadeia de decaimento adicional deste nuclídeo que pode passar por alguns estados isoméricos em suas filhas, uma cadeia que poderia ser atribuída a ²⁸⁷ Fl (provavelmente decorrente de impurezas de ²⁴² Pu no alvo), e alguns eventos de fissão espontânea, alguns dos quais podem ser de ²⁸⁴ Fl, embora outras interpretações incluindo reações colaterais envolvendo a evaporação de partículas carregadas também sejam possíveis.

Nomeação

Selo da Rússia, emitido em 2013, dedicado a Georgy Flyorov e Flerovium

Usando a nomenclatura de Mendeleev para elementos não nomeados e não descobertos , o flerovium às vezes é chamado de eka- chumbo . Em 1979, a IUPAC publicou recomendações segundo as quais o elemento deveria ser chamado de ununquadium (com o símbolo correspondente de Uuq ), um nome de elemento sistemático como um espaço reservado , até que a descoberta do elemento seja confirmada e um nome permanente seja decidido. A maioria dos cientistas da área o chamou de "elemento 114", com o símbolo de E114 , (114) ou 114 .

De acordo com as recomendações da IUPAC, o (s) descobridor (es) de um novo elemento têm o direito de sugerir um nome. Depois que a descoberta de flerovium e livermorium foi reconhecida pela IUPAC em 1 de junho de 2011, a IUPAC pediu à equipe de descoberta do JINR para sugerir nomes permanentes para esses dois elementos. A equipe de Dubna escolheu nomear o elemento 114 flerovium (símbolo Fl), em homenagem ao Laboratório Russo de Reações Nucleares Flerov (FLNR), em homenagem ao físico soviético Georgy Flyorov (também soletrado Flerov); relatórios anteriores afirmam que o nome do elemento foi diretamente proposto para homenagear Flyorov. De acordo com a proposta recebida dos descobridores, a IUPAC oficialmente batizou flerovium em homenagem ao Laboratório de Reações Nucleares de Flerov (um nome mais antigo para o JINR), e não em homenagem ao próprio Flyorov. Flyorov é conhecido por escrever a Joseph Stalin em abril de 1942 e apontar o silêncio nas revistas científicas no campo da fissão nuclear nos Estados Unidos, Grã-Bretanha e Alemanha. Flyorov deduziu que essa pesquisa deve ter se tornado informação classificada nesses países. O trabalho e as urgências de Flyorov levaram ao desenvolvimento do próprio projeto de bomba atômica da URSS . Flyorov também é conhecido pela descoberta da fissão espontânea com Konstantin Petrzhak . A cerimônia de nomeação de flerovium e livermorium foi realizada em 24 de outubro de 2012 em Moscou.

Em uma entrevista de 2015 com Oganessian, o anfitrião, em preparação para fazer uma pergunta, disse: "Você disse que sonhou em nomear [um elemento] em homenagem a seu professor Georgy Flyorov." Sem deixar o anfitrião terminar, Oganessian disse repetidamente: "Eu fiz."

Propriedades previstas

Muito poucas propriedades do flerovium ou de seus compostos foram medidas; isso se deve à sua produção extremamente limitada e cara e ao fato de que se deteriora muito rapidamente. Algumas propriedades singulares foram medidas, mas na maior parte, as propriedades do flerovium permanecem desconhecidas e apenas as previsões estão disponíveis.

Estabilidade nuclear e isótopos

Regiões de núcleos de formas diferentes, conforme previsto pelo modelo de bóson em interação

A base física da periodicidade química que rege a tabela periódica são os fechamentos da camada de elétrons em cada gás nobre ( números atômicos 2 , 10 , 18 , 36 , 54 , 86 e 118 ): como quaisquer outros elétrons devem entrar em uma nova camada com maior energia, as configurações eletrônicas de camada fechada são marcadamente mais estáveis, levando à relativa inércia dos gases nobres. Uma vez que prótons e nêutrons também são conhecidos por se organizarem em camadas nucleares fechadas, o mesmo efeito acontece nos fechamentos de camadas de núcleons, que acontecem em números específicos de núcleons frequentemente chamados de "números mágicos". Os números mágicos conhecidos são 2, 8, 20, 28, 50 e 82 para prótons e nêutrons e, adicionalmente, 126 para nêutrons. Os núcleos com números mágicos de prótons e nêutrons , como hélio-4 , oxigênio-16 , cálcio-48 e chumbo-208, são denominados "duplamente mágicos" e são muito estáveis ​​contra o decaimento. Esta propriedade de maior estabilidade nuclear é muito importante para elementos superpesados : sem qualquer estabilização, suas meias-vidas seriam esperadas por extrapolação exponencial na faixa de nanossegundos ( ^10-9  s) quando o elemento 110 (darmstádio) é atingido, porque das forças eletrostáticas repulsivas cada vez maiores entre os prótons carregados positivamente que superam a força nuclear forte de alcance limitado que mantém o núcleo unido. Acredita-se que as próximas camadas de núcleos fechadas e, portanto, os números mágicos denotem o centro da tão procurada ilha de estabilidade, onde a meia-vida para o decaimento alfa e a fissão espontânea aumentam novamente.

Orbitais com alto número quântico azimutal são aumentados em energia, eliminando o que seria uma lacuna na energia orbital correspondente a uma camada de próton fechada no elemento 114. Isso eleva a próxima camada de próton para a região em torno do elemento 120 .

Inicialmente, por analogia com o número mágico de nêutrons 126, a próxima camada de prótons também deveria ocorrer no elemento 126 , muito longe das capacidades de síntese de meados do século 20 para receber muita atenção teórica. Em 1966, novos valores para o potencial e a interação spin-órbita nesta região da tabela periódica contradizem isso e previram que a próxima camada de prótons ocorreria no elemento 114, e que os nuclídeos nesta região seriam tão estáveis ​​contra a fissão espontânea quanto muitos núcleos pesados, como chumbo-208. As cápsulas de nêutrons fechadas esperadas nesta região estavam no número de nêutrons 184 ou 196, tornando ²⁹⁸ Fl e ³¹⁰ Fl candidatos para serem duplamente mágicos. As estimativas de 1972 previam uma meia-vida de cerca de um ano para ²⁹⁸ Fl, que deveria ser perto de uma grande ilha de estabilidade com a meia-vida mais longa em ²⁹⁴ Ds (10 ¹⁰  anos, comparável a ²³² Th ). Após a síntese dos primeiros isótopos dos elementos 112 a 118 na virada do século 21, verificou-se que os isótopos deficientes em nêutrons sintetizados foram estabilizados contra a fissão. Em 2008, foi então hipotetizado que a estabilização contra a fissão desses nuclídeos se devia ao fato de serem núcleos oblatos , e que uma região de núcleos oblatos estava centrada em ²⁸⁸ Fl. Além disso, novos modelos teóricos mostraram que o intervalo esperado de energia entre os orbitais de prótons 2f _7/2 (preenchido no elemento 114) e 2f _5/2 (preenchido no elemento 120 ) era menor do que o esperado, de modo que o elemento 114 não parecia mais ser uma concha nuclear fechada esférica estável. Espera-se que o próximo núcleo duplamente mágico tenha cerca de ³⁰⁶ Ubb, mas a esperada meia-vida baixa e a seção transversal de baixa produção deste nuclídeo torna sua síntese um desafio. No entanto, a ilha de estabilidade ainda deve existir nesta região da tabela periódica, e mais perto de seu centro (que não foi aproximado o suficiente ainda) alguns nuclídeos, como ²⁹¹ Mc e suas filhas com decaimento alfa e beta , pode decair por emissão de pósitrons ou captura de elétrons e, assim, mover-se para o centro da ilha. Devido às barreiras de fissão elevadas esperadas, qualquer núcleo dentro desta ilha de estabilidade decai exclusivamente por decaimento alfa e talvez alguma captura de elétrons e decaimento beta , ambos os quais trariam os núcleos mais perto da linha de estabilidade beta onde a ilha deve estar. A captura de elétrons é necessária para chegar à ilha, o que é problemático porque não é certo que a captura de elétrons se torne o principal modo de decaimento nesta região do gráfico de nuclídeos .

Vários experimentos foram realizados entre 2000 e 2004 no Laboratório Flerov de Reações Nucleares em Dubna estudando as características de fissão do núcleo composto ²⁹² Fl, bombardeando um alvo de plutônio-244 com íons de cálcio-48 acelerado. Um núcleo composto é uma combinação solta de núcleons que ainda não se organizaram em camadas nucleares. Ele não tem estrutura interna e é mantido unido apenas pelas forças de colisão entre o alvo e o núcleo do projétil. Os resultados revelaram como núcleos como esta fissão predominantemente expelindo fragmentos duplamente mágicos ou quase duplamente mágicos, como cálcio-40 , estanho-132 , chumbo-208 ou bismuto-209 . Verificou-se também que o rendimento da via de fusão-fissão foi semelhante entre os projéteis de cálcio-48 e ferro-58 , indicando um possível uso futuro de projéteis de ferro-58 na formação de elementos superpesados. Também foi sugerido que um isótopo de flerovium rico em nêutrons pode ser formado pela quasifissão (fusão parcial seguida de fissão) de um núcleo maciço. Recentemente, foi demonstrado que as reações de transferência de múltiplos núcleos em colisões de núcleos de actinídeos (como urânio e cúrio ) podem ser usadas para sintetizar os núcleos superpesados ​​ricos em nêutrons localizados na ilha de estabilidade, embora a produção de nobélio rico em nêutrons ou núcleos de seabórgio são mais prováveis.

A estimativa teórica das meias-vidas do decaimento alfa dos isótopos do flerovium apóia os dados experimentais. Prevê -se que o isótopo ²⁹⁸ Fl sobrevivente à fissão , há muito esperado para ser duplamente mágico, tem meia-vida de decaimento alfa em torno de 17 dias. A síntese direta do núcleo ²⁹⁸ Fl por uma via de fusão-evaporação é atualmente impossível, uma vez que nenhuma combinação conhecida de alvo e projétil estável pode fornecer 184 nêutrons no núcleo composto e projéteis radioativos, como cálcio-50 (meia-vida de quatorze segundos) ainda não pode ser usado na quantidade e intensidade necessárias. Atualmente, uma possibilidade para a síntese dos esperados núcleos de vida longa de copernicium ( ²⁹¹ Cn e ²⁹³ Cn) e flerovium perto do meio da ilha inclui o uso de alvos ainda mais pesados, como cúrio-250 , berquélio-249 , califórnio-251 , e einsteinium-254 , que quando fundido com cálcio-48 produziria núcleos como ²⁹¹ Mc e ²⁹¹ Fl (como produtos de decaimento de ²⁹⁹ Uue, ²⁹⁵ Ts e ²⁹⁵ Lv), com nêutrons suficientes para decaimento alfa para nuclídeos próximos o suficiente para o centro da ilha possivelmente sofrerá captura de elétrons e se moverá para o centro, embora as seções transversais sejam pequenas e pouco se sabe sobre as propriedades de decaimento de nuclídeos superpesados ​​perto da linha de estabilidade beta. Esta pode ser a melhor esperança atualmente para sintetizar núcleos na ilha de estabilidade, mas é especulativa e pode ou não funcionar na prática. Outra possibilidade é usar explosões nucleares controladas para atingir o alto fluxo de nêutrons necessário para criar quantidades macroscópicas de tais isótopos. Isso imitaria o processo r no qual os actinídeos foram produzidos pela primeira vez na natureza e a lacuna de instabilidade após o polônio ser contornado, uma vez que contornaria as lacunas de instabilidade em ^258-260 Fm e no número de massa 275 (números atômicos 104 a 108) . Alguns desses isótopos (especialmente ²⁹¹ Cn e ²⁹³ Cn) podem até ter sido sintetizados na natureza, mas teriam decaído muito rapidamente (com meia-vida de apenas milhares de anos) e seriam produzidos em quantidades muito pequenas (cerca de 10 ^{- 12} a abundância de chumbo) a serem detectados como nuclídeos primordiais hoje fora dos raios cósmicos .

Atômico e físico

Flerovium é membro do grupo 14 na tabela periódica , abaixo do carbono , silício , germânio , estanho e chumbo. Cada elemento anterior do grupo 14 tem quatro elétrons em sua camada de valência, formando uma configuração eletrônica de valência de ns ² np ² . No caso do flerovium, a tendência será continuada e a configuração do elétron de valência está prevista para ser 7s ² 7p ² ; flerovium se comportará de maneira semelhante a seus congêneres mais leves em muitos aspectos. É provável que surjam diferenças; um efeito que contribui amplamente é a interação spin-órbita (SO) - a interação mútua entre o movimento e o spin dos elétrons . É especialmente forte para os elementos superpesados, porque seus elétrons se movem mais rápido do que os átomos mais leves, a velocidades comparáveis ​​à velocidade da luz . Em relação aos átomos de flerovium, diminui os níveis de energia dos elétrons 7s e 7p (estabilizando os elétrons correspondentes), mas dois dos níveis de energia dos elétrons 7p são estabilizados mais do que os outros quatro. A estabilização dos elétrons 7s é chamada de efeito de par inerte , e o efeito de "rasgar" a subcamada 7p nas partes mais estabilizadas e menos estabilizadas é chamado de divisão de subcamada. Os químicos da computação vêem a divisão como uma mudança do segundo número quântico ( azimutal ) l de 1 para 1 ⁄ 2 e 3 ⁄ 2 para as partes mais estabilizadas e menos estabilizadas da subcamada 7p, respectivamente. Para muitos fins teóricos, a configuração do elétron de valência pode ser representada para refletir a divisão da subcamada 7p como 7s ²
7p²
_1/2. Esses efeitos fazem com que a química do flerovium seja um pouco diferente da de seus vizinhos mais leves.

Devido à divisão spin-órbita da subcamada 7p ser muito grande em flerovium, e ao fato de que ambos os orbitais preenchidos do flerovium na sétima camada são estabilizados relativisticamente, a configuração de elétrons de valência do flerovium pode ser considerada como tendo uma concha completamente preenchida. Sua primeira energia de ionização de 8,539  eV (823,9  kJ / mol ) deve ser a segunda maior no grupo 14. Os níveis de elétrons 6d também são desestabilizados, levando a algumas especulações iniciais de que eles podem ser quimicamente ativos, embora trabalhos mais recentes sugiram que isso seja improvável. Como essa primeira energia de ionização é maior do que a do silício e do germânio , embora ainda menor do que a do carbono , foi sugerido que o flerovium poderia ser classificado como metalóide .

A configuração de elétron de camada fechada do flerovium resulta na ligação metálica no flerovium metálico sendo mais fraca do que nos elementos precedentes e seguintes; assim, espera-se que o flerovium tenha um ponto de ebulição baixo , e recentemente foi sugerido ser possivelmente um metal gasoso, semelhante às previsões para o copernicium, que também tem uma configuração eletrônica de concha fechada. Os pontos de fusão e ebulição do flerovium foram previstos na década de 1970 em cerca de 70 ° C e 150 ° C, significativamente mais baixos do que os valores para os elementos mais leves do grupo 14 (os do chumbo são 327 ° C e 1749 ° C respectivamente), e continuando a tendência de diminuição dos pontos de ebulição no grupo. Embora estudos anteriores previssem um ponto de ebulição de ~ 1000 ° C ou 2840 ° C, isso agora é considerado improvável por causa da ligação metálica fraca esperada no flerovium e que as tendências de grupo esperariam que o flerovium tivesse uma entalpia de sublimação baixa. Cálculos preliminares recentes prevêem que o flerovium deve ter um ponto de fusão de −73 ° C (inferior ao mercúrio a −39 ° C e copernicium, previsto 10 ± 11 ° C) e um ponto de ebulição de 107 ° C, o que o tornaria um líquido metal. Como o mercúrio , o radônio e o copernicium , mas não o chumbo e o oganesson (eka-radon), calcula-se que o flerovium não tem afinidade eletrônica .

Espera-se que o flerovium se cristalize na estrutura de cristal cúbico de face centrada como a de seu congênere mais leve, embora cálculos anteriores previssem uma estrutura de cristal hexagonal compactada devido aos efeitos de acoplamento spin-órbita. Esses cálculos anteriores também previram uma densidade de 9,928 g / cm ³ , embora tenha sido observado que provavelmente era um pouco baixa demais. Espera -se que o elétron do íon flerovium semelhante ao hidrogênio (oxidado de modo que tenha apenas um elétron, Fl ¹¹³⁺ ) se mova tão rápido que tenha uma massa 1,79 vezes a de um elétron estacionário, devido a efeitos relativísticos . Para efeito de comparação, espera-se que os valores de chumbo e estanho semelhantes ao hidrogênio sejam de 1,25 e 1,073, respectivamente. O flerovium formaria ligações metal-metal mais fracas do que o chumbo e seria menos adsorvido nas superfícies.

Químico

Flerovium é o membro conhecido mais pesado do grupo 14 na tabela periódica, abaixo do chumbo, e é projetado para ser o segundo membro da série 7p de elementos químicos. Espera-se que Nihonium e flerovium formem um subperíodo muito curto correspondendo ao preenchimento do orbital 7p _1/2 , vindo entre o preenchimento das _subcamadas 6d _5/2 e 7p _3/2 . Espera-se que seu comportamento químico seja muito distinto: a homologia do niônio com o tálio foi chamada de "duvidosa" pelos químicos computacionais, enquanto a do flerovium com o chumbo foi chamada apenas de "formal".

Os primeiros cinco membros do grupo 14 mostram o estado de oxidação do grupo +4 e os últimos membros têm uma química +2 cada vez mais proeminente devido ao início do efeito de par inerte. O estanho representa o ponto em que a estabilidade dos estados +2 e +4 são semelhantes, e o chumbo (II) é o mais estável de todos os elementos do grupo 14 quimicamente bem compreendidos no estado de oxidação +2. Os orbitais 7s são altamente estabilizados em flerovium e, portanto, uma hibridização orbital sp ³ muito grande é necessária para atingir o estado de oxidação +4, portanto, espera-se que o flerovium seja ainda mais estável do que o chumbo em seu estado de oxidação +2 fortemente predominante e seu + 4 o estado de oxidação deve ser altamente instável. Por exemplo, espera-se que o dióxido de flerovium (FlO ₂ ) seja altamente instável para se decompor em seus elementos constituintes (e não seria formado a partir da reação direta do flerovium com o oxigênio) e o flerovano (FlH ₄ ), que deveria ter Fl – H com comprimento de ligação de 1,787  Å , prevê-se que seja mais termodinamicamente instável do que o plumbano , decompondo-se espontaneamente em hidreto de flerópio (II) (FlH ₂ ) e gás hidrogênio. O tetrafluoreto de flerovium (FlF ₄ ) teria ligação principalmente devido a hibridizações sd em vez de hibridizações sp ³ , e sua decomposição em difluoreto e flúor gasoso seria exotérmica. Os outros tetrahaletos (por exemplo, FlCl ₄ é desestabilizado em cerca de 400 kJ / mol) decompõem-se de forma semelhante. O correspondente ânion polifluoreto FlF²⁻
₆deve ser instável à hidrólise em solução aquosa, e ânions poli-haleto de flerovium (II), como FlBr^-
₃e FlI^-
₃são previstos para se formarem preferencialmente em soluções contendo flerovium. As hibridizações sd foram sugeridas em cálculos iniciais, pois os elétrons 7s e 6d em flerovium compartilham aproximadamente a mesma energia, o que permitiria a formação de um hexafluoreto volátil , mas cálculos posteriores não confirmam essa possibilidade. Em geral, a contração spin-órbita do orbital 7p _1/2 deve levar a comprimentos de ligação menores e ângulos de ligação maiores: isso foi teoricamente confirmado em FlH ₂ . No entanto, mesmo FlH ₂ deve ser relativisticamente desestabilizado em 2,6 eV abaixo de Fl + H ₂ ; os grandes efeitos spin-órbita também quebram a divisão singleto-tripleto usual no grupo dos 14 diidridos. Prevê-se que FlF ₂ e FlCl ₂ sejam mais estáveis ​​do que FlH ₂ .

Devido à estabilização relativística do 7s ² 7p do flerovium²
_1/2configuração de elétrons de valência, o estado de oxidação 0 também deve ser mais estável para flerovium do que para chumbo, já que os elétrons 7p _1/2 também começam a exibir um efeito de par inerte moderado: esta estabilização do estado neutro pode trazer algumas semelhanças entre o comportamento do flerovium e do gás nobre radônio . Devido à esperada inércia relativa do flerovium, seus compostos diatômicos FlH e FlF deveriam ter energias de dissociação mais baixas do que os compostos de chumbo correspondentes PbH e PbF. Flerovium (IV) deve ser ainda mais eletronegativo que o chumbo (IV); o chumbo (IV) tem eletronegatividade de 2,33 na escala de Pauling, embora o valor do chumbo (II) seja de apenas 1,87. Espera-se que o flerovium seja um metal nobre .

Flerovium (II) deve ser mais estável do que chumbo (II), e íons poli-haleto e compostos dos tipos FlX ⁺ , FlX ₂ , FlX^-
₃e FlX²⁻
₄Espera-se que (X = Cl , Br , I ) se formem prontamente. Os fluoretos sofreriam forte hidrólise em solução aquosa. Espera-se que todos os dihaletos de flerovium sejam estáveis, com o difluoreto sendo solúvel em água. Os efeitos spin-órbita desestabilizariam o di-hidreto de flerovium (FlH ₂ ) em quase 2,6 eV (250 kJ / mol). Em solução, o flerovium também formaria o oxiânion flerovita ( FlO²⁻
₂) em solução aquosa, análogo ao plumbite . O sulfato de flerovium (II) (FlSO ₄ ) e o sulfeto (FlS) devem ser muito insolúveis em água, e o acetato de flerovium (II) (FlC ₂ H ₃ O ₂ ) e o nitrato (Fl (NO ₃ ) ₂ ) devem ser bastante água- solúvel. O potencial padrão do eletrodo para a redução de íons Fl ²⁺ para flerovium metálico é estimado em cerca de +0,9 V, confirmando o aumento da estabilidade do flerovium no estado neutro. Em geral, devido à estabilização relativística do espinor 7p _1/2 , espera-se que Fl ²⁺ tenha propriedades intermediárias entre as de Hg ²⁺ ou Cd ²⁺ e seu congênere mais leve Pb ²⁺ .

Química Experimental

Flerovium é atualmente o elemento mais pesado que teve sua química investigada experimentalmente, embora as investigações químicas até agora não tenham levado a um resultado conclusivo. Dois experimentos foram realizados em abril-maio ​​de 2007 em uma colaboração conjunta FLNR- PSI com o objetivo de estudar a química do copernício. O primeiro experimento envolveu a reação ²⁴² Pu ( ⁴⁸ Ca, 3n) ²⁸⁷ Fl e o segundo a reação ²⁴⁴ Pu ( ⁴⁸ Ca, 4n) ²⁸⁸ Fl: essas reações produzem isótopos de flerovium de vida curta cujas filhas de copernicium seriam então estudadas. As propriedades de adsorção dos átomos resultantes em uma superfície de ouro foram comparadas com as do radônio, pois era esperado que a configuração eletrônica de camada completa de Copernicium levasse a um comportamento semelhante ao de gás nobre. Os gases nobres interagem fracamente com as superfícies metálicas, o que não é característico dos metais.

O primeiro experimento permitiu a detecção de três átomos de ²⁸³ Cn, mas também aparentemente detectou 1 átomo de ²⁸⁷ Fl. Este resultado foi uma surpresa, dado que o tempo de transporte dos átomos do produto é de ~ 2 s, então os átomos de flerovium produzidos deveriam ter decaído para copernicium antes da adsorção. Na segunda reação, 2 átomos de ²⁸⁸ Fl e possivelmente 1 átomo de ²⁸⁹ Fl foram detectados. Dois dos três átomos exibiram características de adsorção associadas a um elemento volátil semelhante a um gás nobre, o que foi sugerido, mas não foi previsto por cálculos mais recentes. Esses experimentos forneceram uma confirmação independente para a descoberta de copernicium, flerovium e livermorium por meio da comparação com dados publicados de decaimento. Outros experimentos em 2008 para confirmar este importante resultado detectaram um único átomo de ²⁸⁹ Fl e deram suporte a dados anteriores mostrando flerovium tendo uma interação semelhante a um gás nobre com ouro.

O suporte experimental para um flerovium semelhante a um gás nobre logo se enfraqueceu. Em 2009 e 2010, a colaboração FLNR-PSI sintetizou mais átomos de flerovium para acompanhar seus estudos de 2007 e 2008. Em particular, os três primeiros átomos de flerovium sintetizados no estudo de 2010 sugeriram novamente um caráter de gás nobre, mas o conjunto completo em conjunto resultou em uma interpretação mais ambígua, incomum para um metal no grupo de carbono, mas não totalmente como um nobre gás em caráter. Em seu artigo, os cientistas se abstiveram de chamar as propriedades químicas do flerovium de "próximas às dos gases nobres", como já havia sido feito no estudo de 2008. A volatilidade do flerovium foi novamente medida por meio de interações com uma superfície de ouro e forneceu indicações de que a volatilidade do flerovium era comparável à do mercúrio, astato e do copernício simultaneamente investigado, que foi mostrado no estudo como um metal nobre muito volátil, conformando-se a ser o elemento do grupo 12 mais pesado conhecido. No entanto, foi apontado que este comportamento volátil não era esperado para um metal do grupo 14 usual.

Mesmo em experimentos posteriores de 2012 no GSI, as propriedades químicas do flerovium foram consideradas mais metálicas do que semelhantes a gases nobres. Jens Volker Kratz e Christoph Düllmann nomearam especificamente copernicium e flerovium como pertencentes a uma nova categoria de "metais voláteis"; Kratz chegou a especular que eles poderiam ser gasosos em temperatura e pressão padrão . Esperava-se que esses "metais voláteis", como categoria, se situassem entre metais normais e gases nobres em termos de propriedades de adsorção. Ao contrário dos resultados de 2009 e 2010, foi mostrado nos experimentos de 2012 que as interações de flerovium e copernicium respectivamente com ouro foram quase iguais. Estudos posteriores mostraram que o flerovium era mais reativo do que o copernicium, em contradição com experimentos e previsões anteriores.

Em um artigo de 2014 detalhando os resultados experimentais da caracterização química do flerovium, o grupo GSI escreveu: "[flerovium] é o elemento menos reativo do grupo, mas ainda é um metal." No entanto, em uma conferência de 2016 sobre a química e física de elementos pesados ​​e superpesados, Alexander Yakushev e Robert Eichler, dois cientistas que foram ativos no GSI e FLNR na determinação da química do flerovium, ainda recomendaram cautela com base nas inconsistências dos vários experimentos listados anteriormente, observando que a questão de saber se flerovium era um metal ou um gás nobre ainda estava em aberto com as evidências disponíveis: um estudo sugeriu uma interação fraca semelhante a um gás nobre entre flerovium e ouro, enquanto o outro sugeriu uma interação metálica mais forte . No mesmo ano, novos experimentos com o objetivo de sondar a química de copernicium e flerovium foram conduzidos na instalação TASCA do GSI, e os dados desses experimentos estão sendo analisados ​​atualmente. Como tal, a determinação inequívoca das características químicas do flerovium ainda não foi estabelecida. O isótopo flerovium ²⁸⁹ Fl de vida mais longa foi considerado de interesse para estudos radioquímicos futuros.

Veja também

• Ilha de estabilidade : Flerovium - Unbinilium - Unbihexium
• Isótopos de flerovium
• Tabela periódica estendida

Notas

Referências

Bibliografia

• Audi, G .; Kondev, FG; Wang, M .; et al. (2017). "A avaliação NUBASE2016 das propriedades nucleares". Chinese Física C . 41 (3). 030001. Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A . doi : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030001 .
       pp. 030001-1–030001-17 , pp. 030001-18–030001-138, Tabela I. A tabela NUBASE2016 de propriedades nucleares e de decaimento
• Beiser, A. (2003). Conceitos de física moderna (6ª ed.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-244848-1. OCLC  48965418 .
• Hoffman, DC ; Ghiorso, A .; Seaborg, GT (2000). The Transuranium People: The Inside Story . World Scientific . ISBN 978-1-78-326244-1.
• Kragh, H. (2018). De elementos transurânicos a superpesados: uma história de disputa e criação . Springer . ISBN 978-3-319-75813-8.
• Zagrebaev, V .; Karpov, A .; Greiner, W. (2013). "Futuro da pesquisa com elementos superpesados: quais núcleos podem ser sintetizados nos próximos anos?". Journal of Physics: Conference Series . 420 (1): 012001. arXiv : 1207.5700 . Bibcode : 2013JPhCS.420a2001Z . doi : 10.1088 / 1742-6596 / 420/1/012001 . ISSN  1742-6588 . S2CID  55434734 .

Bibliografia

links externos

• Mídia relacionada ao Flerovium no Wikimedia Commons
• CERN Courier - Primeiro cartão postal da ilha de estabilidade nuclear
• CERN Courier - Segundo cartão postal da ilha de estabilidade