Unbihexium - Unbihexium

Unbihexium , también conocido como elemento 126 o eka-plutonio , es el elemento químico hipotético con número atómico 126 y símbolo de marcador de posición Ubh. Unbihexium y Ubh son el nombre y el símbolo temporales de la IUPAC , respectivamente, hasta que se descubre, confirma y se decide un nombre permanente. En la tabla periódica, se espera que el unbihexio sea una superactinida del bloque g y el octavo elemento en el octavo período . El unbihexium ha atraído la atención entre los físicos nucleares, especialmente en las primeras predicciones que apuntan a las propiedades de los elementos superpesados, ya que 126 puede ser un número mágico de protones cerca del centro de una isla de estabilidad , lo que lleva a vidas medias más largas, especialmente para ³¹⁰ Ubh o ³⁵⁴ Ubh. que también puede tener números mágicos de neutrones.

El interés temprano en un posible aumento de la estabilidad llevó al primer intento de síntesis de unbihexium en 1971 y lo busca en la naturaleza en los años siguientes. A pesar de varias observaciones reportadas, estudios más recientes sugieren que estos experimentos no fueron lo suficientemente sensibles; por tanto, no se ha encontrado unbihexio de forma natural o artificial. Las predicciones de la estabilidad del unbihexium varían mucho entre los diferentes modelos; algunos sugieren que la isla de estabilidad puede estar en cambio en un número atómico más bajo, más cercano al copernicium y flerovium .

Se predice que el unbihexio es un superactínido químicamente activo, que exhibe una variedad de estados de oxidación de +1 a +8, y posiblemente sea un congénere más pesado del plutonio . También se espera una superposición en los niveles de energía de los orbitales 5g, 6f, 7d y 8p, lo que complica las predicciones de las propiedades químicas de este elemento.

Introducción

Representación gráfica de una reacción de fusión nuclear . Dos núcleos se fusionan en uno, emitiendo un neutrón . Las reacciones que crearon nuevos elementos en este momento fueron similares, con la única diferencia posible de que a veces se liberaron varios neutrones singulares, o ninguno en absoluto.

Video externo
Visualización de fusión nuclear fallida, basada en cálculos de la Universidad Nacional de Australia

Los núcleos atómicos más pesados se crean en reacciones nucleares que combinan otros dos núcleos de tamaño desigual en uno; aproximadamente, cuanto más desiguales son los dos núcleos en términos de masa, mayor es la posibilidad de que reaccionen. El material hecho de los núcleos más pesados ​​se convierte en un objetivo, que luego es bombardeado por el haz de núcleos más ligeros. Dos núcleos solo pueden fusionarse en uno si se acercan lo suficiente; normalmente, los núcleos (todos cargados positivamente) se repelen entre sí debido a la repulsión electrostática . La interacción fuerte puede superar esta repulsión, pero solo a una distancia muy corta de un núcleo; Por tanto, los núcleos de los haces se aceleran enormemente para hacer que dicha repulsión sea insignificante en comparación con la velocidad del núcleo del haz. Acercarse por sí solo no es suficiente para que dos núcleos se fusionen: cuando dos núcleos se acercan entre sí, 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 solo núcleo. núcleo. Si se produce la fusión, la fusión temporal, denominada núcleo compuesto, es un estado excitado . Para perder su energía de excitación y alcanzar un estado más estable, un núcleo compuesto se fisiona o expulsa uno o varios neutrones , que se llevan la energía. Esto ocurre aproximadamente entre 10 y ¹⁶  segundos después de la colisión inicial.

El rayo atraviesa el objetivo y llega a la siguiente cámara, el separador; si se produce un nuevo núcleo, se transporta con este rayo. En el separador, el núcleo recién producido se separa de otros nucleidos (el del haz original y cualquier otro producto de reacción) 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 la hora de la llegada. La transferencia tarda entre 10 y ⁶  segundos; para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir tanto tiempo. El núcleo se registra nuevamente una vez que se registra su desintegración, y se miden la ubicación, la energía y el tiempo de desintegración.

La estabilidad del núcleo es proporcionada por la interacción fuerte. Sin embargo, su alcance es muy corto; a medida que los núcleos se hacen más grandes, su influencia sobre los nucleones más externos ( protones y neutrones) se debilita. Al mismo tiempo, el núcleo se rompe por la repulsión electrostática entre protones, ya que tiene un alcance ilimitado. Los núcleos de los elementos más pesados ​​se predicen teóricamente y hasta ahora se ha observado que se desintegran principalmente a través de modos de desintegración causados ​​por dicha repulsión: desintegración alfa y fisión espontánea ; estos modos son predominantes para núcleos de elementos superpesados . 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 se puede determinar aritméticamente. Sin embargo, la fisión espontánea produce varios núcleos como productos, por lo que el nucleido original no se puede determinar a partir de sus hijas.

La información disponible para los físicos que pretenden sintetizar uno de los elementos más pesados ​​es, por lo tanto, la información recopilada en los detectores: ubicación, energía y tiempo de llegada de una partícula al detector y los de su desintegración. Los físicos analizan estos datos y buscan concluir que efectivamente fue causado por un nuevo elemento y no pudo haber sido causado por un nucleido diferente al que se afirma. 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.

Historia

Intentos de síntesis

El primer y único intento de sintetizar unbihexium, que no tuvo éxito, fue realizado en 1971 en el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) por René Bimbot y John M. Alexander utilizando la reacción de fusión en caliente :

²³²
₉₀ Th
+ ⁸⁴
₃₆ Kr
→ ³¹⁶
₁₂₆ Ubh
* → sin átomos

Se observaron partículas alfa de alta energía (13-15 MeV ) y se tomaron como posible evidencia de la síntesis de unbihexio. Experimentos posteriores sin éxito con mayor sensibilidad sugieren que la sensibilidad de 10 mb de este experimento era demasiado baja; por tanto, la formación de núcleos de unbihexium en esta reacción se consideró muy poco probable.

Posible ocurrencia natural

Un estudio realizado en 1976 por un grupo de investigadores estadounidenses de varias universidades propuso que los elementos superpesados primordiales , principalmente livermorium , unbiquadium , unbihexium y unbiseptium, con vidas medias superiores a 500 millones de años, podrían ser una causa de daño por radiación inexplicable (particularmente radiohalos ) en minerales. Esto llevó a muchos investigadores a buscarlos en la naturaleza entre 1976 y 1983. Un grupo dirigido por Tom Cahill, profesor de la Universidad de California en Davis , afirmó en 1976 que habían detectado partículas alfa y rayos X con las energías adecuadas para causar el daño observado, apoyando la presencia de estos elementos, especialmente unbihexium. Otros afirmaron que no se había detectado ninguno y cuestionaron las características propuestas de los núcleos superpesados ​​primordiales. En particular, citaron que el número mágico N = 228 necesario para una mayor estabilidad crearía un núcleo con exceso de neutrones en unbihexio que podría no ser beta estable , aunque varios cálculos sugieren que ³⁵⁴ Ubh puede ser estable contra la desintegración beta . También se propuso que esta actividad fuera causada por transmutaciones nucleares en cerio natural , lo que genera una mayor ambigüedad sobre esta supuesta observación de elementos superpesados.

El unbihexium ha recibido especial atención en estas investigaciones, ya que su ubicación especulada en la isla de estabilidad puede aumentar su abundancia en relación con otros elementos superpesados. Se predice que cualquier unbihexio de origen natural es químicamente similar al plutonio y puede existir con ²⁴⁴ Pu primordial en el mineral de tierras raras bastnäsite . En particular, se predice que el plutonio y unbihexio tienen configuraciones de valencia similares , lo que lleva a la existencia de unbihexio en el estado de oxidación +4 . Por lo tanto, si el unbihexio se produce de forma natural, es posible extraerlo utilizando técnicas similares para la acumulación de cerio y plutonio. Asimismo, el unbihexio también podría existir en la monazita con otros lantánidos y actínidos que serían químicamente similares. Sin embargo, la duda reciente sobre la existencia de ²⁴⁴ Pu primordial arroja incertidumbre sobre estas predicciones, ya que la inexistencia (o existencia mínima) de plutonio en bastnäsite inhibirá la posible identificación del unbihexium como su congénere más pesado.

La posible extensión de los elementos superpesados ​​primordiales en la Tierra hoy es incierta. Incluso si se confirma que han causado el daño por radiación hace mucho tiempo, es posible que ahora se hayan reducido a meras huellas, o incluso que hayan desaparecido por completo. También es incierto si tales núcleos superpesados ​​pueden producirse naturalmente, ya que se espera que la fisión espontánea termine el proceso r responsable de la formación de elementos pesados ​​entre el número de masa 270 y 290, mucho antes de que se formen elementos como el unbihexio.

Una hipótesis reciente intenta explicar el espectro de la estrella de Przybylski mediante el flerovium , unbinilium y unbihexium de origen natural .

Nombrar

Utilizando las recomendaciones de la IUPAC de 1979 , el elemento debería denominarse temporalmente unbihexium (símbolo Ubh ) hasta que se descubra, se confirme el descubrimiento y se elija un nombre permanente. Aunque se utilizan ampliamente en la comunidad química en todos los niveles, desde las aulas de química hasta los libros de texto avanzados, las recomendaciones son en su mayoría ignoradas entre los científicos que trabajan teórica o experimentalmente con elementos superpesados, quienes lo llaman "elemento 126", con el símbolo E126 , (126) o 126 . Algunos investigadores también se han referido al unbihexium como eka-plutonium , un nombre derivado del sistema que Dmitri Mendeleev usó para predecir elementos desconocidos, aunque tal extrapolación podría no funcionar para elementos del bloque g sin congéneres conocidos, y eka-plutonium en su lugar se referiría al elemento 146 o 148 cuando se pretende que el término denote el elemento directamente debajo del plutonio.

Dificultades en la síntesis

Todos los elementos, desde el mendelevio en adelante, se produjeron en reacciones de fusión-evaporación, que culminaron con el descubrimiento del elemento más pesado conocido, oganesson, en 2002 y, más recientemente, tennessine en 2010. Estas reacciones se acercaron al límite de la tecnología actual; por ejemplo, la síntesis de tennessine requirió 22 miligramos de ²⁴⁹ Bk y un intenso haz de ⁴⁸ Ca durante seis meses. La intensidad de los rayos en la investigación de elementos superpesados ​​no puede exceder los 10 ¹² proyectiles por segundo sin dañar el objetivo y el detector, y producir cantidades mayores de objetivos de actínidos cada vez más raros e inestables no es práctico. En consecuencia, los experimentos futuros deben realizarse en instalaciones como la fábrica de elementos superpesados ​​en construcción (fábrica de SHE) en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) o RIKEN , lo que permitirá que los experimentos se realicen durante períodos de tiempo más largos con mayores capacidades de detección. y permitir reacciones de otro modo inaccesibles. Aun así, probablemente será un gran desafío sintetizar elementos más allá de unbinilium (120) o unbiunium (121), dadas sus vidas medias pronosticadas cortas y secciones transversales pronosticadas bajas .

Se ha sugerido que la fusión-evaporación no será factible para alcanzar unbihexium. Como ⁴⁸ Ca no se puede usar más allá de los elementos 118 o posiblemente 119, las únicas alternativas son aumentar el número atómico del proyectil o estudiar reacciones simétricas o casi simétricas. Un cálculo sugiere que la sección transversal para producir unbihexio a partir de ²⁴⁹ Cf y ⁶⁴ Ni puede ser tan baja como nueve órdenes de magnitud por debajo del límite de detección; tales resultados también son sugeridos por la no observación de unbinilium y unbibium en reacciones con proyectiles más pesados ​​y límites experimentales de sección transversal. Si Z  = 126 representa una capa de protones cerrada, los núcleos compuestos pueden tener una mayor probabilidad de supervivencia y el uso de ⁶⁴ Ni puede ser más factible para producir núcleos con 122 <  Z  <126, especialmente para núcleos compuestos cerca de la capa cerrada en N  = 184. Sin embargo, la sección transversal aún podría no exceder 1  fb , lo que representa un obstáculo que solo puede superarse con equipos más sensibles.

Propiedades previstas

Estabilidad nuclear e isótopos

Este gráfico nuclear utilizado por la Agencia de Energía Atómica de Japón predice los modos de desintegración de los núcleos hasta Z  = 149 y N  = 256. En Z  = 126 (arriba a la derecha), la línea de estabilidad beta pasa a través de una región de inestabilidad hacia la fisión espontánea ( vidas medias de menos de 1 nanosegundo ) y se extiende hacia un "cabo" de estabilidad cerca del  cierre de capa N = 228, donde puede existir una isla de estabilidad centrada en el isótopo posiblemente doblemente mágico ³⁵⁴ Ubh.

Este diagrama muestra los huecos del caparazón en el modelo de capa nuclear. Los huecos de la cáscara se crean cuando se requiere más energía para alcanzar la cáscara en el siguiente nivel de energía más alto, lo que resulta en una configuración particularmente estable. Para los protones, la brecha de la capa en Z  = 82 corresponde al pico de estabilidad en el plomo, y aunque hay desacuerdo sobre la magia de Z  = 114 y Z  = 120, aparece una brecha en la capa en Z  = 126, lo que sugiere que puede haber ser un cierre de capa de protones en unbihexium.

Las extensiones del modelo de capa nuclear predijeron que los siguientes números mágicos después de Z  = 82 y N  = 126 (correspondientes a ²⁰⁸ Pb , el núcleo estable más pesado ) eran Z  = 126 y N  = 184, lo que convierte a ³¹⁰ Ubh en el próximo candidato para una doble magia. núcleo. Estas especulaciones llevaron al interés en la estabilidad del unbihexium ya en 1957; Gertrude Scharff Goldhaber fue una de las primeras físicas en predecir una región de mayor estabilidad en las proximidades y posiblemente centrada en el unbihexium. Esta noción de una " isla de estabilidad " que comprende los núcleos superpesados vivido más largo fue popularizado por la Universidad de California profesor Glenn Seaborg en la década de 1960.

En esta región de la tabla periódica, N  = 184 y N  = 228 se han sugerido como capas de neutrones cerradas, y varios números atómicos, incluido Z = 126, se han propuesto como capas de protones cerradas. Sin embargo, el alcance de los efectos estabilizadores en la región del unbihexium es incierto debido a las predicciones de cambio o debilitamiento del cierre de la capa de protones y la posible pérdida de la doble magia . Una investigación más reciente predice que la isla de estabilidad se centrará en los isótopos beta estables de copernicio ( ²⁹¹ Cn y ²⁹³ Cn) o flerovium ( Z  = 114), lo que colocaría al unbihexium muy por encima de la isla y produciría vidas medias cortas independientemente de efectos de caparazón.

Los modelos anteriores sugirieron la existencia de isómeros nucleares de larga duración resistentes a la fisión espontánea en la región cercana a ³¹⁰ Ubh, con vidas medias del orden de millones o miles de millones de años. Sin embargo, cálculos más rigurosos ya en la década de 1970 arrojaron resultados contradictorios; ahora se cree que la isla de estabilidad no está centrada en ³¹⁰ Ubh y, por lo tanto, no mejorará la estabilidad de este nucleido. En cambio, se cree que ³¹⁰ Ubh es muy deficiente en neutrones y susceptible a la desintegración alfa y la fisión espontánea en menos de un microsegundo, e incluso puede encontrarse en o más allá de la línea de goteo de protones . Un cálculo de 2016 sobre las propiedades de descomposición de ^288-339 Ubh confirma estas predicciones; los isótopos más ligeros que ³¹³ Ubh (incluidos ³¹⁰ Ubh) pueden estar más allá de la línea de goteo y decaer por emisión de protones , ^313-327 Ubh decaerá alfa, posiblemente alcanzando los isótopos flerovium y livermorium, y los isótopos más pesados ​​decaerán por fisión espontánea . Este estudio y un modelo de túnel cuántico predicen vidas medias de desintegración alfa en un microsegundo para isótopos más ligeros que ³¹⁸ Ubh, lo que los hace imposibles de identificar experimentalmente. Por lo tanto, los isótopos ^318-327 Ubh pueden sintetizarse y detectarse, e incluso pueden constituir una región de mayor estabilidad frente a la fisión alrededor de N  ~ 198 con vidas medias de hasta varios segundos.

Más allá de este punto, un "mar de inestabilidad" definido por barreras de fisión muy bajas (causadas por la repulsión de Coulomb en gran medida en elementos superpesados) y, en consecuencia, vidas medias de fisión del orden de ^10-18 segundos se predicen entre varios modelos. Aunque el límite exacto de estabilidad para las vidas medias de más de un microsegundo varía, la estabilidad contra la fisión depende en gran medida de los  cierres de caparazón N  = 184 y N = 228 y cae rápidamente inmediatamente más allá de la influencia del cierre de la capa. Sin embargo, tal efecto puede reducirse si la deformación nuclear en los isótopos intermedios puede conducir a un cambio en los números mágicos; un fenómeno similar se observó en el núcleo deformado doblemente mágico ²⁷⁰ Hs. Este cambio podría conducir a vidas medias más largas, quizás del orden de días, para isótopos como ³⁴² Ubh que también se encontrarían en la línea de estabilidad beta . Puede existir una segunda isla de estabilidad para núcleos esféricos en isótopos de unbihexium con muchos más neutrones, centrados en ³⁵⁴ Ubh y que confieren estabilidad adicional en N  = 228 isotonas cerca de la línea de estabilidad beta. Originalmente, se predijo una vida media corta de 39 milisegundos para ³⁵⁴ Ubh hacia la fisión espontánea, aunque se predijo que una vida media alfa parcial para este isótopo sería de 18 años. Un análisis más reciente sugiere que este isótopo puede tener una vida media del orden de 100 años si las conchas cerradas tienen fuertes efectos estabilizadores, colocándolo en el pico de una isla de estabilidad. También es posible que ³⁵⁴ Ubh no sea doblemente mágico, ya que  se predice que el caparazón Z = 126 será relativamente débil o, en algunos cálculos, completamente inexistente. Esto sugiere que cualquier estabilidad relativa en los isótopos de unbihexium se debería solo a los cierres de la capa de neutrones que pueden tener o no un efecto estabilizador en Z  = 126.

Químico

Se espera que unbihexium sea el sexto miembro de una serie de superactínidos. Puede tener similitudes con el plutonio , ya que ambos elementos tienen ocho electrones de valencia sobre un núcleo de gas noble. En la serie de superactinidas, se espera que el principio de Aufbau se rompa debido a los efectos relativistas , y se espera una superposición de los niveles de energía de los orbitales 7d, 8p, y especialmente 5g y 6f, lo que hace predicciones de las propiedades químicas y atómicas de estos. elementos muy dificiles. Por tanto, se predice que la configuración electrónica del estado fundamental del unbihexio será [ Og ] 5g ² 6f ³ 8s ² 8p ¹ o 5g ¹ 6f ⁴ 8s ² 8p ¹ , en contraste con [ Og ] 5g ⁶ 8s ² derivado de Aufbau.

Al igual que con los otros superactínidos tempranos, se predice que el unbihexio podrá perder los ocho electrones de valencia en reacciones químicas, lo que hará posible una variedad de estados de oxidación de hasta +8. Se predice que el estado de oxidación +4 será el más común, además de +2 y +6. Unbihexium debería poder formar el tetróxido UbhO ₄ y los hexahaluros UbhF ₆ y UbhCl ₆ , este último con una energía de disociación de enlace bastante fuerte de 2,68 eV. También puede ser posible que unbihexio forme un monofluoruro estable UbhF. Los cálculos sugieren que una molécula de UbhF diatómica presentará un enlace entre el orbital 5g en unbihexium y el orbital 2p en flúor, caracterizando así al unbihexium como un elemento cuyos electrones 5g deberían participar activamente en la unión. También se predice que los iones Ubh ⁶⁺ (en particular, en UbhF ₆ ) y Ubh ⁷⁺ tendrán las configuraciones electrónicas [ Og ] 5g ² y [ Og ] 5g ¹ , respectivamente, en contraste con el [ Og ] 6f ¹ configuración vista en Ubt ⁴⁺ y Ubq ⁵⁺ que se parece más a sus homólogos de actínidos . La actividad de los electrones 5g puede influir en la química de los superactínidos como el unbihexio de nuevas formas que son difíciles de predecir, ya que ningún elemento conocido tiene electrones en un orbital g en el estado fundamental.

Ver también

• Isla de estabilidad : flerovium - unbinilium - unbihexium

Notas

Referencias

Bibliografía

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