Unbihexium - Unbihexium

Unbihexium , também conhecido como elemento 126 ou eka-plutônio , é o elemento químico hipotético com número atômico 126 e símbolo de espaço reservado Ubh. Unbihexium e Ubh são o nome e o símbolo temporários da IUPAC , respectivamente, até que o elemento seja descoberto, confirmado e um nome permanente seja decidido. Na tabela periódica, espera-se que o unbihexium seja um superactinídeo do bloco g e o oitavo elemento no 8º período . Unbihexium atraiu a atenção entre os físicos nucleares, especialmente nas primeiras previsões visando propriedades de elementos superpesados, pois 126 pode ser um número mágico de prótons perto do centro de uma ilha de estabilidade , levando a meias-vidas mais longas, especialmente para ³¹⁰ Ubh ou ³⁵⁴ Ubh que também pode ter números mágicos de nêutrons.

O interesse inicial em um possível aumento da estabilidade levou à primeira tentativa de síntese de unbihexium em 1971 e à sua pesquisa na natureza nos anos subsequentes. Apesar de várias observações relatadas, estudos mais recentes sugerem que esses experimentos eram insuficientemente sensíveis; portanto, nenhum bibihexium foi encontrado natural ou artificialmente. As previsões da estabilidade do unbihexium variam muito entre os diferentes modelos; alguns sugerem que a ilha de estabilidade pode estar em um número atômico mais baixo, mais próximo de copernicium e flerovium .

Prevê-se que o Unbihexium seja um superactinídeo quimicamente ativo, exibindo uma variedade de estados de oxidação de +1 a +8, e possivelmente sendo um congênere mais pesado do plutônio . Uma sobreposição nos níveis de energia dos orbitais 5g, 6f, 7d e 8p também é esperada, o que complica as previsões de propriedades químicas para este elemento.

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 mesmo 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 sua decadência. 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

Tentativas de síntese

A primeira e única tentativa de sintetizar o unbihexium, que não teve sucesso, foi realizada em 1971 no CERN (European Organization for Nuclear Research) por René Bimbot e John M. Alexander usando a reação de fusão a quente :

²³²
₉₀ º
+ ⁸⁴
₃₆ Kr
→ ³¹⁶
₁₂₆ Ubh
* → sem átomos

Partículas alfa de alta energia (13-15 MeV ) foram observadas e tidas como possíveis evidências para a síntese de não-ihexio. Experimentos subsequentes malsucedidos com sensibilidade mais alta sugerem que a sensibilidade de 10 MB deste experimento era muito baixa; portanto, a formação de núcleos de unbihexium nesta reação foi considerada altamente improvável.

Possível ocorrência natural

Um estudo em 1976 por um grupo de pesquisadores americanos de várias universidades propôs que os elementos superpesados primordiais , principalmente livermorium , unbiquadium , unbihexium e unbiseptium, com meia-vida superior a 500 milhões de anos, poderiam ser uma causa de danos de radiação inexplicáveis ​​(particularmente radiohalos ) em minerais. Isso levou muitos pesquisadores a procurá-los na natureza de 1976 a 1983. Um grupo liderado por Tom Cahill, professor da Universidade da Califórnia em Davis , afirmou em 1976 que havia detectado partículas alfa e raios-X com as energias certas para causar os danos observados, suportando a presença desses elementos, principalmente o unihexium. Outros alegaram que nenhum havia sido detectado e questionaram as características propostas dos núcleos superpesados ​​primordiais. Em particular, eles citaram que o número mágico N = 228 necessário para aumentar a estabilidade criaria um núcleo com excesso de nêutrons em unbihexium que pode não ser beta-estável , embora vários cálculos sugiram que ³⁵⁴ Ubh pode de fato ser estável contra o decaimento beta . Esta atividade também foi proposta como sendo causada por transmutações nucleares em cério natural , aumentando ainda mais a ambigüidade sobre esta alegada observação de elementos superpesados.

Unbihexium tem recebido atenção particular nessas investigações, pois sua localização especulada na ilha de estabilidade pode aumentar sua abundância em relação a outros elementos superpesados. Prevê-se que qualquer unbihexium de ocorrência natural seja quimicamente semelhante ao plutônio e pode existir com ²⁴⁴ Pu primordial no mineral de terras raras bastnäsita . Em particular, prevê-se que o plutônio e o unbiexium tenham configurações de valência semelhantes , levando à existência de unbihexium no estado de oxidação +4 . Portanto, se o desabexão ocorrer naturalmente, pode ser possível extraí-lo usando técnicas semelhantes para o acúmulo de cério e plutônio. Da mesma forma, o unbihexium também poderia existir na monazita com outros lantanídeos e actinídeos que seriam quimicamente semelhantes. A dúvida recente sobre a existência de ²⁴⁴ Pu primordial lança incerteza sobre essas previsões, no entanto, como a inexistência (ou existência mínima) de plutônio em bastnäsita irá inibir a possível identificação de unbihexium como seu congênere mais pesado.

A extensão possível dos elementos superpesados ​​primordiais na Terra hoje é incerta. Mesmo se for confirmado que eles causaram os danos da radiação há muito tempo, eles agora podem ter se decomposto em meros vestígios, ou mesmo ter desaparecido completamente. Também é incerto se tais núcleos superpesados ​​podem ser produzidos naturalmente, já que a fissão espontânea deve encerrar o processo r responsável pela formação de elementos pesados ​​entre os números de massa 270 e 290, bem antes que elementos como o unbihexium possam ser formados.

Uma hipótese recente tenta explicar o espectro da estrela de Przybylski por flerovium , unbinilium e unbihexium de ocorrência natural .

Nomeação

Usando as recomendações da IUPAC de 1979 , o elemento deve ser temporariamente chamado de unbihexium (símbolo Ubh ) até que seja descoberto, a descoberta seja confirmada e um nome permanente seja escolhido. Embora amplamente utilizadas na comunidade química em todos os níveis, de salas de aula de química a livros avançados, as recomendações são geralmente ignoradas entre os cientistas que trabalham teoricamente ou experimentalmente com elementos superpesados, que o chamam de "elemento 126", com o símbolo E126 , (126) ou 126 . Alguns pesquisadores também se referiram ao unbihexium como eka-plutônio , um nome derivado do sistema usado por Dmitri Mendeleev para prever elementos desconhecidos, embora tal extrapolação possa não funcionar para elementos do bloco g sem congêneres conhecidos, e eka-plutônio se referisse em vez disso ao elemento 146 ou 148 quando o termo se destina a denotar o elemento diretamente abaixo do plutônio.

Dificuldades de síntese

Cada elemento do mendelévio em diante foi produzido em reações de fusão-evaporação, culminando na descoberta do elemento mais pesado conhecido oganesson em 2002 e, mais recentemente, tennessine em 2010. Essas reações se aproximaram do limite da tecnologia atual; por exemplo, a síntese da tennessina exigiu 22 miligramas de ²⁴⁹ Bk e um intenso feixe de ⁴⁸ Ca por seis meses. A intensidade dos feixes na pesquisa de elementos superpesados ​​não pode exceder ¹⁰¹² projéteis por segundo sem danificar o alvo e o detector, e produzir grandes quantidades de alvos actinídeos cada vez mais raros e instáveis é impraticável. Consequentemente, experimentos futuros devem ser feitos em instalações como a fábrica de elementos superpesados ​​em construção (fábrica SHE) no Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear (JINR) ou RIKEN , o que permitirá que os experimentos sejam executados por períodos de tempo mais longos com maior capacidade de detecção e permitir reações de outra forma inacessíveis. Mesmo assim, provavelmente será um grande desafio sintetizar elementos além do unbinilium (120) ou unbiunium (121), dadas suas curtas meias-vidas previstas e baixas seções transversais previstas .

Tem sido sugerido que a fusão-evaporação não será viável para atingir o unbihexium. Como o Ca ⁴⁸ não pode ser usado além dos elementos 118 ou possivelmente 119, as únicas alternativas são aumentar o número atômico do projétil ou estudar reações simétricas ou quase simétricas. Um cálculo sugere que a seção transversal para a produção de bibihexium de ²⁴⁹ Cf e ⁶⁴ Ni pode ser tão baixa quanto nove ordens de magnitude abaixo do limite de detecção; tais resultados também são sugeridos pela não observação de unbinilium e unbibium em reações com projéteis mais pesados ​​e limites experimentais de seção transversal. Se Z  = 126 representa uma camada de próton fechada, os núcleos compostos podem ter maior probabilidade de sobrevivência e o uso de ⁶⁴ Ni pode ser mais viável para a produção de núcleos com 122 <  Z  <126, especialmente para núcleos compostos perto da camada fechada em N  = 184. No entanto, a seção transversal ainda não pode exceder 1  fb , representando um obstáculo que só pode ser superado com equipamentos mais sensíveis.

Propriedades previstas

Estabilidade nuclear e isótopos

Este gráfico nuclear usado pela Agência de Energia Atômica do Japão prevê os modos de decaimento dos núcleos até Z  = 149 e N  = 256. Em Z  = 126 (canto superior direito), a linha de estabilidade beta passa por uma região de instabilidade em direção à fissão espontânea ( meia-vida inferior a 1 nanossegundo ) e se estende em uma "capa" de estabilidade perto do  fechamento da concha N = 228, onde uma ilha de estabilidade centrada no isótopo possivelmente duplamente mágico ³⁵⁴ Ubh pode existir.

Este diagrama descreve as lacunas do invólucro no modelo de invólucro nuclear Espaços de concha são criados quando mais energia é necessária para atingir a concha no próximo nível de energia mais alto, resultando assim em uma configuração particularmente estável. Para prótons, a lacuna da casca em Z  = 82 corresponde ao pico de estabilidade no chumbo, e embora haja discordância da magicidade de Z  = 114 e Z  = 120, uma lacuna da casca aparece em Z  = 126, sugerindo que pode haver ser um fechamento de camada de próton em unihexium.

Extensões do modelo de camada nuclear previram que os próximos números mágicos após Z  = 82 e N  = 126 (correspondendo a ²⁰⁸ Pb , o núcleo estável mais pesado ) eram Z  = 126 e N  = 184, tornando ³¹⁰ Ubh o próximo candidato para uma magia dupla núcleo. Essas especulações levaram ao interesse na estabilidade do unbihexium já em 1957; Gertrude Scharff Goldhaber foi uma das primeiras físicas a prever uma região de maior estabilidade na vizinhança de, e possivelmente centrada em, unbihexium. Esta noção de uma " ilha de estabilidade " compreendendo núcleos superpesados de vida mais longa foi popularizado por Universidade da Califórnia professor de Glenn Seaborg na década de 1960.

Nesta região da tabela periódica, N  = 184 e N  = 228 foram sugeridos como camadas fechadas de nêutrons, e vários números atômicos, incluindo Z = 126, foram propostos como camadas fechadas de prótons. A extensão dos efeitos estabilizadores na região do unbihexium é incerta, no entanto, devido às previsões de deslocamento ou enfraquecimento do fechamento da camada de prótons e possível perda de dupla magicidade . Pesquisas mais recentes prevêem que a ilha de estabilidade será centrada em isótopos beta-estáveis de copernicium ( ²⁹¹ Cn e ²⁹³ Cn) ou flerovium ( Z  = 114), o que colocaria o unbihexium bem acima da ilha e resultaria em meias-vidas curtas independentemente de efeitos de casca.

Modelos anteriores sugeriam a existência de isômeros nucleares de longa duração resistentes à fissão espontânea na região próxima a ³¹⁰ Ubh, com meias-vidas da ordem de milhões ou bilhões de anos. No entanto, cálculos mais rigorosos já na década de 1970 produziram resultados contraditórios; acredita-se agora que a ilha de estabilidade não está centrada em ³¹⁰ Ubh e, portanto, não aumentará a estabilidade deste nuclídeo. Em vez disso, acredita-se que ³¹⁰ Ubh seja muito deficiente em nêutrons e suscetível ao decaimento alfa e à fissão espontânea em menos de um microssegundo, e pode até mesmo estar na linha de gotejamento do próton ou além dela . Um cálculo de 2016 sobre as propriedades de decaimento de ^288-339 Ubh confirma essas previsões; os isótopos mais leves que ³¹³ Ubh (incluindo ³¹⁰ Ubh) podem de fato estar além da linha de gotejamento e decair por emissão de prótons , ^313-327 Ubh decairá alfa, possivelmente atingindo os isótopos flerovium e livermorium, e os isótopos mais pesados ​​decairão por fissão espontânea . Este estudo e um modelo de tunelamento quântico prevêem meias-vidas de decaimento alfa sob um microssegundo para isótopos mais leves que ³¹⁸ Ubh, tornando-os impossíveis de identificar experimentalmente. Portanto, os isótopos ^318-327 Ubh podem ser sintetizados e detectados, e podem até constituir uma região de maior estabilidade contra a fissão em torno de N  ~ 198 com meia-vida de até vários segundos.

Além deste ponto, um "mar de instabilidade" definido por barreiras de fissão muito baixas (causadas pelo grande aumento da repulsão de Coulomb em elementos superpesados) e, conseqüentemente, meias-vidas de fissão da ordem de ^10-18 segundos são previstas entre vários modelos. Embora o limite exato de estabilidade para meia-vida durante um microssegundo varie, a estabilidade contra a fissão é fortemente dependente dos  fechamentos de casca N  = 184 e N = 228 e cai rapidamente imediatamente após a influência do fechamento de casca. Tal efeito pode ser reduzido, entretanto, se a deformação nuclear em isótopos intermediários puder levar a uma mudança nos números mágicos; um fenômeno semelhante foi observado no núcleo duplamente mágico deformado ²⁷⁰ Hs. Essa mudança poderia então levar a meias-vidas mais longas, talvez na ordem de dias, para isótopos como ³⁴² Ubh, que também estariam na linha de estabilidade beta . Uma segunda ilha de estabilidade para núcleos esféricos pode existir em isótopos unbihexium com muitos mais nêutrons, centrados em ³⁵⁴ Ubh e conferindo estabilidade adicional em N  = 228 isótonos perto da linha de estabilidade beta. Originalmente, uma meia-vida curta de 39 milissegundos foi prevista para ³⁵⁴ Ubh em direção à fissão espontânea, embora uma meia-vida alfa parcial para este isótopo fosse estimada em 18 anos. Análises mais recentes sugerem que este isótopo pode ter uma meia-vida da ordem de 100 anos caso as conchas fechadas tenham fortes efeitos estabilizadores, colocando-o no pico de uma ilha de estabilidade. Também pode ser possível que ³⁵⁴ Ubh não seja duplamente mágico, já que a  camada Z = 126 é considerada relativamente fraca ou, em alguns cálculos, completamente inexistente. Isso sugere que qualquer estabilidade relativa em isótopos de não-hexium seria apenas devido a fechamentos de camadas de nêutrons que podem ou não ter um efeito estabilizador em Z  = 126.

Químico

Espera-se que a Unbihexium seja o sexto membro de uma série de superactinídeos. Pode ter semelhanças com o plutônio , já que ambos os elementos têm oito elétrons de valência sobre um núcleo de gás nobre. Na série de superactinídeos, o princípio de Aufbau deve quebrar devido a efeitos relativísticos , e uma sobreposição dos níveis de energia dos orbitais 7d, 8p e especialmente 5g e 6f é esperada, o que torna as previsões das propriedades químicas e atômicas destes elementos muito difíceis. A configuração de elétron do estado fundamental de unbihexium é, portanto, prevista como [ Og ] 5g ² 6f ³ 8s ² 8p ¹ ou 5g ¹ 6f ⁴ 8s ² 8p ¹ , em contraste com [ Og ] 5g ⁶ 8s ² derivado de Aufbau.

Tal como acontece com os outros superactinídeos iniciais, prevê-se que o unbihexium será capaz de perder todos os oito elétrons de valência em reações químicas, tornando possível uma variedade de estados de oxidação até +8. Prevê-se que o estado de oxidação +4 seja o mais comum, além de +2 e +6. Unbihexium deve ser capaz de formar o tetróxido UbhO ₄ e hexahalides UbhF ₆ e UbhCl ₆ , este último com uma energia de dissociação de ligação bastante forte de 2,68 eV. Também pode ser possível para o unbihexium formar um monofluoreto estável UbhF. Cálculos sugerem que uma molécula UbhF diatômica apresentará uma ligação entre o orbital 5g em unbihexium e o orbital 2p em flúor, caracterizando assim o unbihexium como um elemento cujos elétrons 5g devem participar ativamente da ligação. Também está previsto que os íons Ubh ⁶⁺ (em particular, em UbhF ₆ ) e Ubh ⁷ + terão as configurações de elétrons [ Og ] 5g ² e [ Og ] 5g ¹ , respectivamente, em contraste com [ Og ] 6f ¹ configuração vista em Ubt ⁴⁺ e Ubq ⁵⁺ que tem mais semelhança com seus homólogos de actinídeos . A atividade dos elétrons de 5g pode influenciar a química dos superactinídeos, como o unbihexium, de novas maneiras que são difíceis de prever, pois nenhum elemento conhecido tem elétrons em um orbital g no estado fundamental.

Veja também

• Ilha de estabilidade : flerovium - unbinilium - unbihexium

Notas

Referências

Bibliografia

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