Nihonium

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Nihonium,  113 Nh
Nihonium
Pronúncia/ n ɪ h n i ə m / ​( nih- HOH -nee-əm )
Número de massa[286]
Nihonium 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 Európio Gadolínio Térbio Disprósio Hólmio Érbio Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Irídio Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radônio
Frâncio Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Amerício Curium Berquélio Californium Einsteinium Férmio Mendelévio Nobélio Lourenço Rutherfordium Dúbnio Seaborgium Bohrium Hássio Meitnério Darmstádio Roentgenium Copérnico Nihonium Fleróvio Moscovium Livermório Tennessee Oganesson
Tl

Nh

(Uhs)
coperniciumnihoniumfleróvio
Número atômico ( Z )113
Grupogrupo 13 (grupo boro)
Períodoperíodo 7
Quadra  p-bloco
Configuração eletrônica[ Rn ] 5f 14 6d 10 7s 2 7p 1 (previsto) [1]
Elétrons por camada2, 8, 18, 32, 32, 18, 3 (previsto)
Propriedades físicas
Fase em  STPsólido (previsto) [1] [2] [3]
Ponto de fusão700  K (430 °C, 810 °F) (previsto) [1]
Ponto de ebulição1430 K (1130 °C, 2070 °F) (previsto) [1] [4]
Densidade (perto  da rt )16 g/cm 3 (previsto) [4]
Calor de fusão7,61  kJ/mol (extrapolado) [3]
Calor de vaporização130 kJ/mol (previsto) [2] [4]
Propriedades atômicas
Estados de oxidação(−1), ( +1 ), ( +3 ), (+5) (previsto) [1] [4] [5]
Energias de ionização
  • 1º: 704,9 kJ/mol (previsto) [1]
  • 2º: 2240 kJ/mol (previsto) [4]
  • 3º: 3020 kJ/mol (previsto) [4]
  • ( mais )
Raio atômicoempírico: 170h  ( previsto) [1]
Raio covalente172–180 pm (extrapolado) [3]
Outras propriedades
Ocorrência naturalsintético
Estrutura de cristalhexagonal compacto (hcp)
Estrutura cristalina hexagonal compacta para nihonium

(previsto) [6] [7]
Número CAS54084-70-7
História
NomeaçãoDepois do Japão ( Nihon em japonês)
DescobertaRiken (Japão, primeira reivindicação indiscutível 2004)
JINR (Rússia) e Livermore (EUA, primeiro anúncio 2003)
Principais isótopos de nihonium
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
278 Nh sin 1,4 ms α 274 Rg
282 Nh sin 73 ms α 278 Rg
283 Nh sin 75 ms α 279 Rg
284 Nh sin 0,91 s α 280 Rg
CE 284 Cn
285 Nh sin 4,2 segundos α 281 Rg
286 Nh sin 9,5 segundos α 282 Rg
287 Nh [8] sin 5,5 segundos? α 283 Rg
290 Nh [9] sin 2s? α 286 Rg
 Categoria: Nihonium
| referências

Nihonium é um elemento químico sintético com o símbolo Nh e número atômico 113. É extremamente radioativo ; seu isótopo conhecido mais estável , nihonium-286, tem uma meia-vida de cerca de 10 segundos. Na tabela periódica , o nihonium é um elemento transactinide no bloco p . É um membro do período 7 e grupo 13 (grupo boro).

Nihonium foi relatado pela primeira vez como tendo sido criado em 2003 por uma colaboração russo-americana no Joint Institute for Nuclear Research (JINR) em Dubna , Rússia, e em 2004 por uma equipe de cientistas japoneses em Riken em Wakō , Japão. A confirmação de suas alegações nos anos seguintes envolveu equipes independentes de cientistas trabalhando nos Estados Unidos, Alemanha, Suécia e China, bem como os requerentes originais na Rússia e no Japão. Em 2015, o Grupo de Trabalho Conjunto IUPAC/IUPAP reconheceu o elemento e atribuiu a Riken a prioridade dos direitos de descoberta e nomenclatura do elemento. A equipe Riken sugeriu o nome nihoniumem 2016, que foi aprovado no mesmo ano. O nome vem do nome japonês comum para o Japão (日本, nihon ) .

Muito pouco se sabe sobre o nihonium, pois só foi produzido em quantidades muito pequenas que se decompõem em segundos. As vidas anormalmente longas de alguns nuclídeos superpesados, incluindo alguns isótopos de nihônio, são explicadas pela teoria da " ilha de estabilidade ". Experimentos apoiam a teoria, com as meias-vidas dos isótopos de nihônio confirmados aumentando de milissegundos para segundos à medida que os nêutrons são adicionados e a ilha se aproxima. Nihonium foi calculado para ter propriedades semelhantes aos seus homólogos boro , alumínio , gálio , índio e tálio . Todos, exceto o boro, são metais pós-transição, e espera-se que o nihonium também seja um metal pós-transição. Ele também deve mostrar várias diferenças importantes em relação a eles; por exemplo, o nihonium deve ser mais estável no estado de oxidação +1 do que no estado +3, como o tálio, mas no estado +1 o nihonium deve se comportar mais como prata e astato do que tálio. Experimentos preliminares em 2017 mostraram que o nihonium elementar não é muito volátil ; sua química permanece em grande parte inexplorada.

Introdução

Uma representação gráfica de uma reação de fusão nuclear
Uma representação gráfica de uma reação de fusão nuclear . Dois núcleos se fundem em um, emitindo um nêutron . Até agora, as reações que criavam novos elementos eram semelhantes, com a única diferença possível de que vários nêutrons singulares às vezes eram liberados, ou nenhum.
Vídeo externo
ícone de vídeo Visualização de fusão nuclear malsucedida, com base em cálculos da Australian National University [10]

Os núcleos atômicos [a] mais pesados são criados em reações nucleares que combinam dois outros núcleos de tamanho desigual [b] em um; grosso modo, quanto mais desiguais os dois núcleos em termos de massa, maior a possibilidade de que os dois reajam. [16] O material feito dos núcleos mais pesados ​​é transformado em um alvo, que é então bombardeado pelo feixe de núcleos mais leves. Dois núcleos só podem se fundir em um se se aproximarem o suficiente; normalmente, os núcleos (todos carregados positivamente) se repelem devido à repulsão eletrostática . A forte interaçãopode superar essa repulsão, mas apenas a uma distância muito curta de um núcleo; os núcleos do feixe são assim muito acelerados para tornar essa repulsão insignificante em comparação com a velocidade do núcleo do feixe. [17] Aproximar-se sozinho não é suficiente para dois núcleos se fundirem: quando dois núcleos se aproximam, eles geralmente permanecem juntos por aproximadamente 10 a 20  segundos e depois se separam (não necessariamente na mesma composição de antes da reação) em vez de formam um único núcleo. [17] [18] 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 se divide ou ejeta um ou vários nêutrons , [c] que carregam a energia. Isso ocorre em aproximadamente 10 a 16  segundos após a colisão inicial. [19] [d]

O feixe passa pelo alvo e atinge a próxima câmara, o separador; se um novo núcleo é produzido, ele é carregado com este feixe. [22] No separador, o núcleo recém-produzido é separado de outros nuclídeos (o do feixe original e quaisquer outros produtos da reação) [e] e transferido para um detector de barreira de superfície , que pára o núcleo. A localização exata do próximo impacto no detector é marcada; também marcadas são a sua energia e a hora da chegada. [22] A transferência leva cerca de 10 −6  segundos; para ser detectado, o núcleo deve sobreviver por tanto tempo. [25] O núcleo é registrado novamente assim que seu decaimento é registrado, e a localização, a energia, e o tempo de decaimento são medidos. [22]

A estabilidade de um núcleo é fornecida pela interação forte. No entanto, seu alcance é muito curto; à medida que os núcleos se tornam maiores, sua influência nos núcleons mais externos ( prótons e nêutrons) enfraquece. Ao mesmo tempo, o núcleo é dilacerado pela repulsão eletrostática entre os prótons, pois tem alcance ilimitado. [26] Os núcleos dos elementos mais pesados ​​são, portanto, teoricamente previstos [27] e até agora foram observados [28] decaindo principalmente através de modos de decaimento que são causados ​​por tal repulsão: decaimento alfa e fissão espontânea ; [f] esses modos são predominantes para núcleos de elementos superpesados. Os decaimentos alfa são registrados pelas partículas alfa emitidas e os produtos de 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. [g] A fissão espontânea, no entanto, produz vários núcleos como produtos, de modo que o nuclídeo original não pode ser determinado a partir de suas filhas. [h]

A informação disponível para os físicos que pretendem sintetizar um dos elementos mais pesados ​​é, portanto, a informação recolhida nos detectores: localização, energia e tempo de chegada de uma partícula ao detector e do seu decaimento. Os físicos analisam esses dados e procuram concluir que de fato foi causado por um novo elemento e não poderia ter sido causado por um nuclídeo diferente do alegado. Muitas vezes, os dados fornecidos são insuficientes para concluir que um novo elemento foi definitivamente criado e não há outra explicação para os efeitos observados; foram cometidos erros na interpretação dos dados. [eu]

História

Indicações iniciais

As sínteses dos elementos 107 a 112 foram realizadas no GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research em Darmstadt , Alemanha, de 1981 a 1996. Esses elementos foram feitos por reações de fusão a frio [j] , nas quais alvos feitos de tálio , chumbo e bismuto , que estão em torno da configuração estável de 82 prótons, são bombardeados com íons pesados ​​de elementos do período 4 . Isso cria núcleos fundidos com baixas energias de excitação devido à estabilidade dos núcleos dos alvos, aumentando significativamente o rendimento de elementos superpesados . A fusão a frio foi iniciada porYuri Oganessian e sua equipe em 1974 no Joint Institute for Nuclear Research (JINR) em Dubna , União Soviética. Os rendimentos das reações de fusão a frio diminuíram significativamente com o aumento do número atômico; os núcleos resultantes eram severamente deficientes em nêutrons e de curta duração. A equipe GSI tentou sintetizar o elemento 113 via fusão a frio em 1998 e 2003, bombardeando bismuto-209 com zinco - 70; ambas as tentativas foram mal sucedidas. [43] [44]

Diante desse problema, Oganessian e sua equipe do JINR voltaram sua atenção renovada para a técnica de fusão a quente mais antiga, na qual alvos de actinídeos pesados eram bombardeados com íons mais leves. O cálcio-48 foi sugerido como um projétil ideal, pois é muito rico em nêutrons para um elemento leve (combinado com os actinídeos já ricos em nêutrons) e minimizaria as deficiências de nêutrons dos nuclídeos produzidos. Sendo duplamente mágico , conferiria benefícios em estabilidade aos núcleos fundidos. Em colaboração com a equipe do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) em Livermore, Califórnia , Estados Unidos, eles fizeram uma tentativa no elemento 114 (que se previa ser umnúmero mágico , fechando uma concha de prótons e mais estável que o elemento 113). [43]

Em 1998, a colaboração JINR-LLNL iniciou sua tentativa no elemento 114, bombardeando um alvo de plutônio-244 com íons de cálcio-48: [43]

244
94
Pu
+48
20
Ca
292 114* → 290 114 + 2
n
+ e 290 113 + ν e

Foi observado um único átomo que se pensava ser o isótopo 289 114: os resultados foram publicados em janeiro de 1999. [45] Apesar das inúmeras tentativas de repetir essa reação, um isótopo com essas propriedades de decaimento nunca mais foi encontrado, e a identidade exata desta atividade é desconhecida. [46] Um artigo de 2016 considerou que a explicação mais provável do resultado de 1998 é que dois nêutrons foram emitidos pelo núcleo composto produzido, levando a 290 114 e captura de elétrons a 290113, enquanto mais nêutrons foram emitidos em todas as outras cadeias produzidas. Este teria sido o primeiro relato de uma cadeia de decaimento de um isótopo do elemento 113, mas não foi reconhecido na época, e a atribuição ainda é incerta. [9] Uma atividade semelhante de longa duração observada pela equipe do JINR em março de 1999 na reação de 242 Pu + 48 Ca pode ser devido à captura de elétrons filha de 287 114, 287 113; esta atribuição também é provisória. [8]

Colaboração JINR-LLNL

A descoberta agora confirmada do elemento 114 foi feita em junho de 1999, quando a equipe do JINR repetiu a primeira reação de 244 Pu + 48 Ca de 1998; [47] [48] depois disso, a equipe do JINR usou a mesma técnica de fusão a quente para sintetizar os elementos 116 e 118 em 2000 e 2002, respectivamente, por meio das reações de 248 Cm + 48 Ca e 249 Cf + 48 Ca. Eles então voltaram sua atenção para os elementos ímpares ausentes, pois os prótons ímpares e possivelmente os nêutrons impediriam o decaimento por fissão espontânea e resultariam em cadeias de decaimento mais longas. [43] [49]

O primeiro relato do elemento 113 foi em agosto de 2003, quando foi identificado como um produto de decaimento alfa do elemento 115 . O elemento 115 foi produzido bombardeando um alvo de amerício -243 com projéteis de cálcio-48. A colaboração JINR-LLNL publicou seus resultados em fevereiro de 2004: [49]

243
95
Sou
+48
20
Ca
291 115* → 288 115 + 3
n
284 113 +
α
243
95
Sou
+48
20
Ca
291 115* → 287 115 + 4
n
283 113 +
α

Quatro decaimentos alfa adicionais foram observados, terminando com a fissão espontânea de isótopos do elemento 105, dúbnio . [49]

Riken

Enquanto a colaboração JINR-LLNL estudava reações de fusão com 48 Ca, uma equipe de cientistas japoneses do Centro Riken Nishina para Ciência Baseada em Aceleradores em Wakō , Japão, liderada por Kōsuke Morita , estudava reações de fusão a frio. Morita já havia estudado a síntese de elementos superpesados ​​no JINR antes de iniciar sua própria equipe em Riken. Em 2001, sua equipe confirmou as descobertas do GSI dos elementos 108 , 110 , 111 e 112. Eles então fizeram uma nova tentativa no elemento 113, usando o mesmo 209 Bi + 70Reação de Zn que o GSI havia tentado sem sucesso em 1998. Apesar do rendimento muito menor esperado do que para a técnica de fusão a quente do JINR com cálcio-48, a equipe de Riken optou por usar a fusão a frio, pois os isótopos sintetizados decairiam alfa em nuclídeos filhos conhecidos e fariam a descoberta muito mais certa, e não exigiria o uso de alvos radioativos. [50] Em particular, o isótopo 278 113 esperado para ser produzido nesta reação decairia para o conhecido 266 Bh, que havia sido sintetizado em 2000 por uma equipe do Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) em Berkeley. [51]

O bombardeio de 209 Bi com 70 Zn em Riken começou em setembro de 2003. [52] A equipe detectou um único átomo de 278 113 em julho de 2004 e publicou seus resultados em setembro: [53]

209
83
Bi
+70
30
Zn
279 113* → 278 113 +
n

A equipe Riken observou quatro decaimentos alfa de 278 113, criando uma cadeia de decaimento passando por 274 Rg, 270 Mt e 266 Bh antes de terminar com a fissão espontânea de 262 Db. [53] Os dados de decaimento que eles observaram para o decaimento alfa de 266 Bh combinaram com os dados de 2000, dando suporte para sua afirmação. A fissão espontânea de sua filha 262 Db não era conhecida anteriormente; a equipe americana havia observado apenas o decaimento alfa desse nuclídeo. [51]

Caminho para confirmação

Quando a descoberta de um novo elemento é reivindicada, o Grupo de Trabalho Conjunto (JWP) da União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) e a União Internacional de Física Pura e Aplicada (IUPAP) se reúnem para examinar as reivindicações de acordo com seus critérios para a descoberta de um novo elemento, e decide a prioridade científicae direitos de nomenclatura para os elementos. De acordo com os critérios do JWP, uma descoberta deve demonstrar que o elemento possui um número atômico diferente de todos os valores observados anteriormente. Deve também ser repetido preferencialmente por outros laboratórios, embora este requisito tenha sido dispensado quando os dados são de muito alta qualidade. Tal demonstração deve estabelecer propriedades, físicas ou químicas, do novo elemento e estabelecer que são aquelas de um elemento anteriormente desconhecido. As principais técnicas usadas para demonstrar o número atômico são reações cruzadas (criando nuclídeos reivindicados como pais ou filhos de outros nuclídeos produzidos por uma reação diferente) e ancorando cadeias de decaimento a nuclídeos filhos conhecidos. Para o JWP, a prioridade na confirmação tem precedência sobre a data da reclamação original.[54]

Resumo das cadeias de decaimento passando pelos isótopos do elemento 113, terminando no mendelévio (elemento 101) ou anterior. As duas cadeias com nuclídeos em negrito foram aceitas pelo JWP como evidência para as descobertas do elemento 113 e seus pais, elementos 115 e 117.

2004–2008

Em junho de 2004 e novamente em dezembro de 2005, a colaboração JINR-LLNL reforçou sua reivindicação para a descoberta do elemento 113 conduzindo experimentos químicos em 268 Db , o produto final de decaimento de 288 115. Isso foi valioso, pois nenhum dos nuclídeos neste decaimento cadeia eram conhecidos anteriormente, de modo que sua alegação não foi apoiada por quaisquer dados experimentais anteriores, e a experimentação química fortaleceria o caso de sua alegação, uma vez que a química do dúbnio é conhecida. 268 Db foi identificado com sucesso extraindo os produtos finais de decaimento, medindo as atividades de fissão espontânea (SF) e usando técnicas de identificação química para confirmar que eles se comportam como umelemento do grupo 5 (o dubnium é conhecido por estar no grupo 5). [1] [55] Tanto a meia-vida quanto o modo de decaimento foram confirmados para os 268 Db propostos, o que dá suporte à atribuição dos núcleos pai e filho aos elementos 115 e 113, respectivamente. [55] [56] Outras experiências no JINR em 2005 confirmaram os dados de decaimento observados. [51]

Em novembro e dezembro de 2004, a equipe Riken estudou a reação 205 Tl + 70 Zn, visando o feixe de zinco em um alvo de tálio em vez de um alvo de bismuto, em um esforço para produzir diretamente 274 Rg em um bombardeio cruzado, pois é a filha imediata de 278 113. A reação não teve sucesso, pois o alvo de tálio era fisicamente fraco em comparação com os alvos de chumbo e bismuto mais comumente usados, e se deteriorou significativamente e tornou-se não uniforme em espessura. As razões para esta fraqueza são desconhecidas, uma vez que o tálio tem um ponto de fusão mais alto que o bismuto. [57] A equipe Riken então repetiu o original 209 Bi + 70Zn e produziu um segundo átomo de 278 113 em abril de 2005, com uma cadeia de decaimento que novamente terminou com a fissão espontânea de 262 Db. Os dados de decaimento foram ligeiramente diferentes daqueles da primeira cadeia: isso pode ter ocorrido porque uma partícula alfa escapou do detector sem depositar sua energia total, ou porque alguns dos produtos de decaimento intermediários foram formados em estados isoméricos metaestáveis . [51]

Em 2006, uma equipe do Heavy Ion Research Facility em Lanzhou , China, investigou a reação 243 Am + 26 Mg, produzindo quatro átomos de 266 Bh. Todas as quatro cadeias começaram com um decaimento alfa para 262 Db; três cadeias terminaram ali com fissão espontânea, como nas 278 113 cadeias observadas em Riken, enquanto a restante continuou através de outro decaimento alfa até 258 Lr, como nas cadeias de 266 Bh observadas no LBNL. [54]

Em junho de 2006, a colaboração JINR-LLNL afirmou ter sintetizado um novo isótopo do elemento 113 diretamente bombardeando um alvo de neptúnio -237 com núcleos de cálcio-48 acelerados:

237
93
Np
+48
20
Ca
285 113* → 282 113 + 3
n

Dois átomos de 282 113 foram detectados. O objetivo deste experimento foi sintetizar os isótopos 281 113 e 282 113 que preencheriam a lacuna entre os isótopos produzidos por fusão a quente ( 283 113 e 284 113) e fusão a frio ( 278 113). Após cinco decaimentos alfa, esses nuclídeos atingiriam isótopos conhecidos de laurêncio , assumindo que as cadeias de decaimento não fossem terminadas prematuramente por fissão espontânea. A primeira cadeia de decaimento terminou em fissão após quatro decaimentos alfa, presumivelmente originários de 266 Db ou sua filha de captura de elétrons 266Rf. A fissão espontânea não foi observada na segunda cadeia mesmo após quatro decaimentos alfa. Um quinto decaimento alfa em cada cadeia pode ter sido perdido, uma vez que 266 Db podem teoricamente sofrer decaimento alfa, caso em que a primeira cadeia de decaimento terminaria no conhecido 262 Lr ou 262 No e o segundo poderia ter continuado até o conhecido decaimento longo. viveu 258Md, que tem meia-vida de 51,5 dias, maior que a duração do experimento: isso explicaria a falta de um evento de fissão espontânea nesta cadeia. Na ausência de detecção direta dos decaimentos alfa de longa duração, essas interpretações permanecem não confirmadas, e ainda não há ligação conhecida entre quaisquer nuclídeos superpesados ​​produzidos por fusão a quente e o bem conhecido corpo principal do gráfico de nuclídeos. [58]

2009–2015

O JWP publicou seu relatório sobre os elementos 113-116 e 118 em 2011. Ele reconheceu a colaboração JINR-LLNL como tendo descoberto os elementos 114 e 116, mas não aceitou a reivindicação de nenhuma das equipes ao elemento 113 e não aceitou as reivindicações JINR-LLNL de elementos 115 e 118. A reivindicação JINR-LLNL para os elementos 115 e 113 foi fundada na identificação química de seu dúbnio filho, mas o JWP objetou que a teoria atual não poderia distinguir entre elementos superpesados do grupo 4 e do grupo 5 por suas propriedades químicas com suficiente confiança para permitir esta atribuição. [51]As propriedades de decaimento de todos os núcleos na cadeia de decaimento do elemento 115 não haviam sido previamente caracterizadas antes dos experimentos do JINR, uma situação que o JWP geralmente considera "problemática, mas não necessariamente exclusiva", e com o pequeno número de átomos produzidos sem filhas conhecidas nem reações cruzadas, o JWP considerou que seus critérios não foram cumpridos. [51] O JWP não aceitou a alegação da equipe de Riken devido a inconsistências nos dados de decaimento, ao pequeno número de átomos do elemento 113 produzidos e à falta de âncoras inequívocas para isótopos conhecidos. [51]

No início de 2009, a equipe de Riken sintetizou o produto de decaimento 266 Bh diretamente na reação de 248 Cm + 23 Na para estabelecer sua ligação com 278 113 como um bombardeio cruzado. Eles também estabeleceram o decaimento ramificado de 262 Db, que às vezes sofreu fissão espontânea e às vezes sofreu o decaimento alfa anteriormente conhecido para 258 Lr. [59] [60]

No final de 2009, a colaboração JINR-LLNL estudou a reação 249 Bk + 48 Ca em um esforço para produzir o elemento 117 , que decairia para os elementos 115 e 113 e reforçaria suas reivindicações em uma reação cruzada. Eles agora se juntaram a cientistas do Oak Ridge National Laboratory (ORNL) e da Vanderbilt University , ambos no Tennessee , Estados Unidos, [43] que ajudaram a obter o raro e altamente radioativo alvo de berquélio necessário para completar a campanha de cálcio-48 do JINR para sintetizar o elementos mais pesados ​​da tabela periódica. [43]Dois isótopos do elemento 117 foram sintetizados, decaindo para o elemento 115 e depois para o elemento 113: [61]

249
97
Bk
+48
20
Ca
297 117* → 294 117 + 3
n
290 115 + α → 286 113 + α
249
97
Bk
+48
20
Ca
297 117* → 293 117 + 4
n
289 115 + α → 285 113 + α

Os novos isótopos 285 113 e 286 113 produzidos não se sobrepõem aos anteriormente reivindicados 282 113, 283 113 e 284 113, de modo que esta reação não pode ser usada como um bombardeio cruzado para confirmar as reivindicações de 2003 ou 2006. [54]

Em março de 2010, a equipe Riken novamente tentou sintetizar 274 Rg diretamente através da reação 205 Tl + 70 Zn com equipamentos atualizados; eles falharam novamente e abandonaram essa rota de bombardeio cruzado. [57]

Após mais 450 dias de irradiação de bismuto com projéteis de zinco, Riken produziu e identificou outros 278.113 átomos em agosto de 2012. [62] Embora os preços da eletricidade tenham disparado desde o terremoto e tsunami de Tōhoku em 2011 , Riken ordenou o desligamento dos programas aceleradores para economizar dinheiro, a equipe de Morita foi autorizada a continuar com um experimento, e eles escolheram sua tentativa de confirmar sua síntese do elemento 113. [63] Neste caso, uma série de seis decaimentos alfa foi observada, levando a um isótopo de mendelévio :

278 113 →274
111
Rg
+
α
270
109
Monte
+
α
266
107
Bh
+
α
262
105
Db
+
α
258
103
Lr
+
α
254
101
Md
+
α

Esta cadeia de decaimento diferia das observações anteriores em Riken principalmente no modo de decaimento de 262 Db, que foi observado anteriormente para sofrer fissão espontânea, mas neste caso em vez de alfa decaiu; o decaimento alfa de 262 Db a 258 Lr é bem conhecido . A equipe calculou a probabilidade de coincidência acidental em 10 −28 , ou totalmente desprezível. [62] O átomo de 254 Md resultante então sofreu captura de elétrons para 254 Fm , que sofreu o sétimo decaimento alfa na cadeia para o 250 Cf de vida longa, que tem uma meia-vida de cerca de treze anos. [64]

O experimento 249 Bk + 48 Ca foi repetido no JINR em 2012 e 2013 com resultados consistentes, e novamente no GSI em 2014. [54] Em agosto de 2013, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Lund em Lund , Suécia, e no A GSI anunciou que havia repetido o experimento 243 Am + 48 Ca de 2003, confirmando as descobertas da colaboração JINR-LLNL. [52] [65] No mesmo ano, o experimento de 2003 foi repetido no JINR, agora também criando o isótopo 289 115 que poderia servir como um bombardeio cruzado para confirmar sua descoberta do elemento 117 isótopo 293117, bem como sua filha 285 113 como parte de sua cadeia de decadência. [54] A confirmação de 288 115 e suas filhas foi publicada pela equipe do LBNL em 2015. [66]

Aprovação das descobertas

Em dezembro de 2015, as conclusões de um novo relatório do JWP foram publicadas pela IUPAC em um comunicado à imprensa, no qual o elemento 113 foi concedido a Riken; os elementos 115, 117 e 118 foram atribuídos às colaborações envolvendo o JINR. [67] Um anúncio conjunto de 2016 da IUPAC e da IUPAP estava programado para coincidir com a publicação dos relatórios do JWP, mas a IUPAC sozinha decidiu um lançamento antecipado porque a notícia de Riken recebendo crédito pelo elemento 113 havia vazado para jornais japoneses. [68] Pela primeira vez na história, uma equipe de físicos asiáticos nomearia um novo elemento. [67] O JINR considerou a concessão do elemento 113 a Riken inesperada, citando sua própria produção de 2003 dos elementos 115 e 113, e apontando para os precedentes dos elementos 103, 104 e 105 onde a IUPAC havia concedido crédito conjunto ao JINR e ao LBNL. Afirmaram que respeitaram a decisão da IUPAC, mas reservaram a determinação de sua posição para a publicação oficial dos relatórios do JWP. [69]

Os relatórios completos do JWP foram publicados em janeiro de 2016. O JWP reconheceu a descoberta do elemento 113, atribuindo prioridade a Riken. Eles notaram que enquanto as energias de decaimento individuais de cada nuclídeo na cadeia de decaimento de 278.113 eram inconsistentes, sua soma agora foi confirmada como consistente, sugerindo fortemente que os estados inicial e final em 278.113 e seu filho 262 Db eram os mesmos para todos os três eventos. O decaimento de 262 Db para 258 Lr e 254 Md era conhecido anteriormente, ancorando firmemente a cadeia de decaimento de 278113 para regiões conhecidas da carta de nuclídeos. O JWP considerou que as colaborações JINR-LLNL de 2004 e 2007, produzindo o elemento 113 como filho do elemento 115, não atenderam aos critérios de descoberta, pois não determinaram de forma convincente os números atômicos de seus nuclídeos por meio de bombardeios cruzados, que foram considerados necessário uma vez que suas cadeias de decaimento não foram ancoradas a nuclídeos previamente conhecidos. Eles também consideraram que as preocupações do JWP anterior sobre sua identificação química da filha do dúbnio não foram abordadas adequadamente. O JWP reconheceu a colaboração JINR–LLNL–ORNL–Vanderbilt de 2010 como tendo descoberto os elementos 117 e 115, e aceitou que o elemento 113 havia sido produzido como seu filho, mas não deu crédito compartilhado a este trabalho. [54] [57] [70]

Após a publicação dos relatórios do JWP, Sergey Dimitriev, diretor do laboratório Flerov no JINR, onde as descobertas foram feitas, comentou que estava feliz com a decisão da IUPAC, mencionando o tempo que Riken gastou em seu experimento e suas boas relações com Morita , que aprendeu o básico da síntese de elementos superpesados ​​no JINR. [43] [69]

O argumento da soma avançado pelo JWP na aprovação da descoberta do elemento 113 foi posteriormente criticado em um estudo de maio de 2016 da Universidade de Lund e do GSI, pois só é válido se não ocorrer decaimento gama ou conversão interna ao longo da cadeia de decaimento, o que não é provável para núcleos ímpares, e a incerteza das energias de decaimento alfa medidas na cadeia de decaimento 278 113 não era pequena o suficiente para descartar essa possibilidade. Se este for o caso, a semelhança nas vidas das filhas intermediárias torna-se um argumento sem sentido, pois diferentes isômeros do mesmo nuclídeo podem ter diferentes meias-vidas: por exemplo, o estado fundamental de 180 Ta tem meia-vida de horas, mas um estado excitado 180m Tanunca foi observada a decadência. Este estudo encontrou motivos para duvidar e criticar a aprovação da IUPAC das descobertas dos elementos 115 e 117, mas os dados de Riken para o elemento 113 foram considerados congruentes, e os dados da equipe do JINR para os elementos 115 e 113 provavelmente o são. , endossando assim a aprovação da IUPAC da descoberta do elemento 113. [71] [72] Dois membros da equipe do JINR publicaram um artigo de jornal refutando essas críticas contra a congruência de seus dados nos elementos 113, 115 e 117 em junho de 2017. [73]

Nomeação

O pesquisador principal Kosuke Morita e o presidente da Riken Hiroshi Matsumoto de Riken mostrando "Nh" sendo adicionado à tabela periódica
Kōsuke Morita e Hiroshi Matsumoto , comemorando a nomeação em 1 de dezembro de 2016.

Usando a nomenclatura de Mendeleev para elementos sem nome e não descobertos , o nihonium seria conhecido como eka-thallium . Em 1979, a IUPAC publicou recomendações segundo as quais o elemento deveria ser chamado ununtrium (com o símbolo correspondente de Uut ), [74] um nome de elemento sistemático como um placeholder , até que a descoberta do elemento seja confirmada e um nome seja decidido . As recomendações foram amplamente utilizadas na comunidade química em todos os níveis, desde aulas de química até livros didáticos avançados, mas foram ignoradas principalmente entre os cientistas da área, que a chamaram de "elemento 113", com o símbolo de E113 , (113), ou mesmo simplesmente 113 . [1]

Antes do reconhecimento de sua prioridade pelo JWP, a equipe japonesa havia sugerido oficiosamente vários nomes: japonium , em homenagem ao seu país de origem; [75] nishinanium , em homenagem ao físico japonês Yoshio Nishina , o "pai fundador da pesquisa em física moderna no Japão"; [76] e rikenium , após o instituto. [75] Após o reconhecimento, a equipe Riken se reuniu em fevereiro de 2016 para decidir sobre um nome. Morita expressou seu desejo de que o nome homenageasse o fato de o elemento 113 ter sido descoberto no Japão. Japonium foi considerado, tornando a conexão com o Japão fácil de identificar para não-japoneses, mas foi rejeitada como Japé considerado um insulto étnico . O nome nihonium foi escolhido após uma hora de deliberação: vem de nihon (日本) , uma das duas pronúncias japonesas para o nome do Japão. [77] Os descobridores também pretendiam fazer referência ao apoio de suas pesquisas pelo povo japonês (Riken sendo quase inteiramente financiado pelo governo), [78] recuperar o orgulho perdido e a confiança na ciência entre aqueles que foram afetados pelo desastre nuclear de Fukushima Daiichi , [79] e homenagear a descoberta do rênio pelo químico japonês Masataka Ogawa em 1908, que ele chamou de "nippônio" com o símbolo Np após a outra pronúncia japonesa do nome do Japão. [70] Como a alegação de Ogawa não foi aceita, o nome "nipônio" não pôde ser reutilizado para um novo elemento, e seu símbolo Np já havia sido usado para neptúnio . [k] Em março de 2016, Morita propôs o nome "nihonium" à IUPAC, com o símbolo Nh. [70] A nomeação realizou o que tinha sido um sonho nacional na ciência japonesa desde a afirmação de Ogawa. [63]

A ex-presidente da IUPAP, Cecilia Jarlskog , reclamou no Simpósio Nobel de Elementos Superpesados ​​no Castelo de Bäckaskog , Suécia, em junho de 2016, sobre a falta de abertura envolvida no processo de aprovação de novos elementos, e afirmou acreditar que o trabalho do JWP era falho e deve ser refeito por um novo JWP. Uma pesquisa de físicos determinou que muitos achavam que as críticas de Lund-GSI 2016 ao relatório do JWP eram bem fundamentadas, mas que as conclusões se manteriam se o trabalho fosse refeito, e o novo presidente, Bruce McKellar , decidiu que os nomes propostos deve ser divulgado em um comunicado de imprensa conjunto IUPAP-IUPAC. [68] Assim, a IUPAC e a IUPAP divulgaram a proposta do nihonium em junho,[79] e estabeleceu um prazo de cinco meses para coletar comentários, após o qual o nome seria formalmente estabelecido em uma conferência. [82] [83] O nome foi aprovado oficialmente em novembro de 2016. [84] A cerimônia de nomeação do novo elemento foi realizada em Tóquio , Japão, em março de 2017, com a presença de Naruhito , então príncipe herdeiro do Japão. [85]

Isótopos

Lista de isótopos de nihonium
Isótopo Meia-vida [l]
Modo de decaimento

Ano da descoberta [86]

Reação de descoberta [87]
Valor Referência
278 Nh 2,3 ms [86] α 2004 209 Bi( 70 Zn,n)
282 Nh 73 ms [88] α 2007 237 Np( 48 Ca,3n)
283 Nh 75 ms [88] α 2004 287 Mc(—,α)
284 Nh 0,91 s [88] α, EC 2004 288 Mc(—,α)
285 Nh 4,2 segundos [88] α 2010 289 Mc(—,α)
286 Nh 9,5 segundos [88] α 2010 290 Mc(—,α)
287 Nh [m] 5,5 segundos [8] α 1999 287 Fl(e e )
290 Nh [m] 2 segundos [9] α 1998 290 Fl(e e )

Nihonium não tem isótopos estáveis ​​ou naturais. Vários isótopos radioativos foram sintetizados em laboratório, seja pela fusão de dois átomos ou pela observação do decaimento de elementos mais pesados. Oito isótopos diferentes de nihonium foram relatados com massas atômicas 278, 282-287 e 290 ( 287 Nh e 290 Nh não são confirmados); todos eles decaem por decaimento alfa para isótopos de roentgenium ; [89] houve indicações de que o nihonium-284 também pode decair por captura de elétrons para copernicium - 284. [90]

Estabilidade e meias-vidas

Um gráfico de nuclídeos pesados ​​com suas meias-vidas conhecidas e previstas (nuclídeos conhecidos mostrados com bordas). Espera-se que o nihonium (linha 113) esteja dentro da "ilha de estabilidade" (círculo branco) e, portanto, seus núcleos são ligeiramente mais estáveis ​​do que seria previsto; os isótopos de nihônio conhecidos são muito pobres em nêutrons para estarem dentro da ilha.

A estabilidade dos núcleos diminui rapidamente com o aumento do número atômico após o cúrio , elemento 96, cuja meia-vida é mais de dez mil vezes maior que a de qualquer elemento subsequente. Todos os isótopos com número atômico acima de 101 sofrem decaimento radioativo com meias-vidas de menos de 30 horas: isso se deve à crescente repulsão de Coulomb dos prótons, de modo que a força nuclear forte não pode manter o núcleo unido contra a fissão espontânea por muito tempo . . Os cálculos sugerem que, na ausência de outros fatores estabilizadores, elementos com mais de 103 prótons não deveriam existir. Pesquisadores na década de 1960 sugeriram que as conchas nucleares fechadascerca de 114 prótons e 184 nêutrons devem neutralizar essa instabilidade e criar uma " ilha de estabilidade " contendo nuclídeos com meias-vidas de milhares ou milhões de anos. A existência da ilha ainda não foi comprovada, mas a existência dos elementos superpesados (incluindo o nihonium) confirma que o efeito estabilizador é real e, em geral, os nuclídeos superpesados ​​conhecidos tornam-se mais duradouros à medida que se aproximam da localização prevista da ilha. [91] [92]

Todos os isótopos de nihonium são instáveis ​​e radioativos; os isótopos de nihonium mais pesados ​​são mais estáveis ​​que os mais leves, pois estão mais próximos do centro da ilha. O isótopo de nihônio conhecido mais estável, 286 Nh, também é o mais pesado; tem uma meia-vida de 8 segundos. O isótopo 285 Nh, bem como os não confirmados 287 Nh e 290 Nh, também foram relatados como tendo meias-vidas de mais de um segundo. Os isótopos 284 Nh e 283 Nh têm meias-vidas de 1 e 0,1 segundos, respectivamente. Os dois isótopos restantes têm meia-vida entre 0,1 e 100 milissegundos: 282 Nh tem meia-vida de 70 milissegundos e 278Nh, o isótopo de nihonium mais leve conhecido, também é o de vida mais curta, com meia-vida de 1,4 milissegundos. Este rápido aumento nas meias-vidas perto da camada de nêutrons fechada em N = 184 é visto em roentgenium, copernicium e nihonium (elementos 111 a 113), onde cada nêutron extra até agora multiplica a meia-vida por um fator de 5 para 20. [92] [93]

Propriedades previstas

Muito poucas propriedades de nihonium ou seus compostos foram medidas; isso se deve à sua produção extremamente limitada e cara [16] e ao fato de se deteriorar muito rapidamente. As propriedades do nihonium permanecem desconhecidas e apenas previsões estão disponíveis.

Físico e atômico

Níveis de energia atômica dos elétrons s, p e d mais externos de tálio e nihônio [94]

O nihonium é o primeiro membro da série 7p de elementos e o elemento mais pesado do grupo 13 na tabela periódica, abaixo do boro , alumínio , gálio , índio e tálio . Todos os elementos do grupo 13, exceto o boro, são metais, e espera-se que o nihonium siga o exemplo. Nihonium está previsto para mostrar muitas diferenças de seus homólogos mais leves. A principal razão para isso é a interação spin-órbita (SO) , que é especialmente forte para os elementos superpesados , porque seus elétrons se movem muito mais rápido do que em átomos mais leves, em velocidades próximas à velocidade da luz . [5]Em relação aos átomos de nihônio, ele diminui os níveis de energia do elétron 7s e 7p (estabilizando esses elétrons), mas dois dos níveis de energia do elétron 7p se estabilizam mais que os outros quatro. [95] A estabilização dos elétrons 7s é chamada de efeito do par inerte , e a separação da subcamada 7p nas partes mais e menos estabilizadas é chamada de divisão da subcamada. Os químicos computacionais vêem a divisão como uma mudança do segundo número quântico azimutal l , de 1 para 1/2 e 3/2 para as partes mais e menos estabilizadas da subcamada 7p, respectivamente. [5] [n] Para fins teóricos, a configuração eletrônica de valência pode ser representada para refletir a divisão da subcamada 7p como 7s 2 7p 1/2 1 . [1] Espera-se que a primeira energia de ionização do nihonium seja de 7,306  eV , a mais alta entre os metais do grupo 13. [1] Uma divisão de subcamada semelhante deve existir para os níveis de elétrons 6d, com quatro sendo 6d 3/2 e seis sendo 6d 5/2 . Ambos os níveis são elevados para estarem próximos em energia dos 7s, altos o suficiente para possivelmente serem quimicamente ativos. Isso permitiria a possibilidade de compostos exóticos de nihônio sem análogos mais leves do grupo 13. [95]

As tendências periódicas prediziam que o nihonium teria um raio atômico maior que o do tálio devido a estar um período abaixo da tabela periódica, mas os cálculos sugerem que o nihonium tem um raio atômico de cerca de 170 pm, o mesmo que o do tálio, devido à estabilização relativística e contração de seus orbitais 7s e 7p 1/2 . Assim, espera-se que o nihonium seja muito mais denso que o tálio, com uma densidade prevista de cerca de 16 a 18 g/cm 3 em comparação com os 11,85 g/cm 3 do tálio, uma vez que os átomos de nihonium são mais pesados ​​que os átomos de tálio, mas têm o mesmo volume. [1] [94] Espera-se que o nihonium a granel tenha uma estrutura cristalina hexagonal compacta , como o tálio. [6]Os pontos de fusão e ebulição do nihonium foram previstos em 430 °C e 1100 °C, respectivamente, excedendo os valores de gálio, índio e tálio, seguindo tendências periódicas. [1] [2] Nihonium deve ter um módulo de volume de 20,8 GPa, cerca de metade do tálio (43 GPa). [7]

Química

Espera-se que a química do nihonium seja muito diferente da do tálio. Essa diferença decorre da divisão spin-órbita da camada 7p, que resulta no nihônio entre dois elementos relativamente inertes de camada fechada ( copernicium e fleróvio ), uma situação sem precedentes na tabela periódica. [96] Espera-se que o nihonium seja menos reativo que o tálio, devido à maior estabilização e inatividade química resultante da subcamada 7s do nihonium em comparação com a subcamada 6s do tálio. [4] Prevê -se que o potencial de eletrodo padrão para o par Nh + /Nh seja de 0,6 V. O nihonium deve ser um metal bastante nobre . [4]

Os elementos metálicos do grupo 13 são normalmente encontrados em dois estados de oxidação : +1 e +3. O primeiro resulta do envolvimento de apenas um único elétron p na ligação, e o último resulta no envolvimento de todos os três elétrons de valência, dois na subcamada s e um na subcamada p. Descendo o grupo, as energias de ligação diminuem e o estado +3 torna-se menos estável, pois a energia liberada na formação de duas ligações adicionais e atingindo o estado +3 nem sempre é suficiente para superar a energia necessária para envolver os elétrons s. Assim, para alumínio e gálio +3 é o estado mais estável, mas +1 ganha importância para o índio e para o tálio torna-se mais estável que o estado +3. Espera-se que o nihonium continue essa tendência e tenha +1 como seu estado de oxidação mais estável. [1]

O composto de nihônio mais simples possível é o monohidreto, NhH. A ligação é fornecida pelo elétron 7p 1/2 do nihonium e o elétron 1s do hidrogênio. A interação SO faz com que a energia de ligação do monohidreto de nihônio seja reduzida em cerca de 1 eV [1] e o comprimento da ligação nihônio-hidrogênio diminua à medida que o orbital de ligação 7p 1/2 é relativisticamente contraído. Isso é único entre os monohidretos do elemento 7p; todos os outros têm expansão relativística do comprimento da ligação em vez de contração. [97] Outro efeito da interação SO é que se espera que a ligação Nh-H tenha um caráter significativo de ligação pi (sobreposição orbital lateral), ao contrário do quase puroligação sigma (sobreposição orbital frontal) em monohidreto de tálio (TlH). [98] O monofluoreto análogo (Nh F ) também deve existir. [94] Prevê-se que o nihonium(I) seja mais semelhante à prata (I) do que ao tálio (I): [1] espera-se que o íon Nh + se ligue mais voluntariamente aos ânions , de modo que o NhCl deve ser bastante solúvel em excesso de ácido clorídrico ou amônia ; TlCl não é. Em contraste com Tl + , que forma o hidróxido fortemente básico ( TlOH ) em solução, o Nh +O cátion deveria hidrolisar-se até o óxido anfotérico Nh 2 O, que seria solúvel em amônia aquosa e fracamente solúvel em água. [4]

Espera -se que o comportamento de adsorção do nihonium em superfícies de ouro em experimentos termocromatográficos seja mais próximo do astatino do que do tálio. A desestabilização da subcamada 7p 3/2 efetivamente leva a um fechamento da camada de valência na configuração 7s 2  7p 2 em vez da configuração 7s 2  7p 6 esperada com seu octeto estável. Como tal, o nihonium, como o astato, pode ser considerado um elétron p aquém de uma camada de valência fechada. Portanto, embora o nihonium esteja no grupo 13, ele possui várias propriedades semelhantes aos elementos do grupo 17. ( Tennessinano grupo 17 tem algumas propriedades semelhantes ao grupo 13, pois tem três elétrons de valência fora da camada fechada 7s 2  7p 2 . [99] ) Espera-se que o nihonium seja capaz de ganhar um elétron para atingir essa configuração de camada fechada, formando o estado de oxidação -1 como os halogênios ( flúor , cloro , bromo , iodo e astato). Este estado deve ser mais estável do que para o tálio, pois a divisão SO da subcamada 7p é maior que a da subcamada 6p. [5] Nihonium deve ser o mais eletronegativo dos elementos metálicos do grupo 13, [1]ainda mais eletronegativo do que a tennessina, o congênere do período 7 dos halogênios: no composto NhTs, espera-se que a carga negativa esteja no átomo de nihônio em vez do átomo de tennessina. [94] A oxidação -1 deve ser mais estável para nihonium do que para tennessine. [1] [100] A afinidade eletrônica do nihonium é calculada em cerca de 0,68 eV, maior que a do tálio em 0,4 eV; o da tennessine deverá ser de 1,8 eV, o menor em seu grupo. [1] É teoricamente previsto que o nihonium deve ter uma entalpia de sublimação em torno de 150 kJ/mol e uma entalpia de adsorção em uma superfície de ouro em torno de -159 kJ/mol. [101]

Modelo esquelético de uma molécula trigonal com um átomo central (boro) simetricamente ligado a três átomos periféricos (cloro)
BCl
3
tem uma estrutura trigonal.
Modelo esquelético de uma molécula planar com um átomo central (iodo) simetricamente ligado a três átomos (cloro) para formar um grande 2 em ângulo reto
NhCl
3
é previsto para ser em forma de T.

Espera-se um envolvimento 6d significativo na ligação Nh-Au, embora se espere que seja mais instável do que a ligação Tl-Au e inteiramente devido a interações magnéticas. Isso levanta a possibilidade de algum caráter de metal de transição para o nihonium. [96] Com base na pequena diferença de energia entre os elétrons 6d e 7s, os estados de oxidação mais altos +3 e +5 foram sugeridos para o nihonium. [1] [4] Alguns compostos simples com nihônio no estado de oxidação +3 seriam o trihidreto (NhH 3 ), trifluoreto (NhF 3 ) e tricloreto (Nh Cl 3 ). Prevê-se que essas moléculas sejam em forma de T e não trigonais planaresanálogos de boro são: [o] isso é devido à influência dos elétrons 6d 5/2 na ligação. [98] [p] Os mais pesados ​​tribrometo de nihônio (Nh Br 3 ) e triiodeto (Nh I 3 ) são trigonais planares devido ao aumento da repulsão estérica entre os átomos periféricos; consequentemente, eles não mostram um envolvimento 6d significativo em sua ligação, embora a grande lacuna de energia 7s-7p signifique que eles mostram uma hibridização sp 2 reduzida em comparação com seus análogos de boro. [98]

A ligação nas moléculas mais leves de NhX 3 pode ser considerada como a de um NhX linear+
2
espécie (semelhante a HgF 2 ou AuF-
2
) com uma ligação Nh-X adicional envolvendo o orbital 7p do nihonium perpendicular aos outros dois ligantes. Espera-se que todos esses compostos sejam altamente instáveis ​​em relação à perda de uma molécula X 2 e redução a nihônio(I): [98]

NhX 3 → NhX + X 2

Nihonium, assim, continua a tendência para baixo grupo 13 de estabilidade reduzida do estado de oxidação +3, como todos os cinco destes compostos têm energias de reação mais baixas do que o iodeto de tálio (III) desconhecido. [q] O estado +3 é estabilizado para tálio em complexos aniônicos como TlI-
4
, e espera-se que a presença de um possível sítio de coordenação vago nos trihaletos de nihônio mais leves em forma de T permita uma estabilização semelhante de NhF-
4
e talvez NhCl-
4
. [98]

O estado de oxidação +5 é desconhecido para todos os elementos mais leves do grupo 13: os cálculos preveem que o pentahidreto de nihônio (NhH 5 ) e o pentafluoreto (NhF 5 ) devem ter uma geometria molecular piramidal quadrada , mas também que ambos seriam altamente termodinamicamente instáveis ​​à perda de um X 2 molécula e redução a nihonium(III). Apesar de sua instabilidade, a possível existência de pentafluoreto de nihônio é inteiramente devido a efeitos relativísticos que permitem que os elétrons 6d participem da ligação. Novamente, alguma estabilização é esperada para complexos aniônicos, como NhF-
6
. As estruturas das moléculas de trifluoreto e pentafluoreto de nihônio são as mesmas do trifluoreto de cloro e pentafluoreto . [98]

Química Experimental

As características químicas do nihonium ainda não foram determinadas de forma inequívoca. [101] [106] Os isótopos 284 Nh, 285 Nh e 286 Nh têm meias-vidas longas o suficiente para investigação química. [101] De 2010 a 2012, alguns experimentos químicos preliminares foram realizados no JINR para determinar a volatilidade do nihonium. O isótopo 284 Nh foi investigado, feito como filho de 288 Mc produzidos na reação 243 Am+ 48 Ca. Os átomos de nihônio foram sintetizados em uma câmara de recuo e então transportados ao longo de politetrafluoretileno(PTFE) a 70 °C por um gás de arraste para os detectores cobertos de ouro. Cerca de dez a vinte átomos de 284 Nh foram produzidos, mas nenhum desses átomos foi registrado pelos detectores, sugerindo que o nihonium era semelhante em volatilidade aos gases nobres (e, portanto, difundiu-se muito rapidamente para ser detectado) ou, mais plausivelmente, que o nihonium puro não era muito volátil e, portanto, não podia passar eficientemente pelos capilares de PTFE. [101] A formação do hidróxido NhOH deve facilitar o transporte, pois espera-se que o hidróxido de nihônio seja mais volátil do que o nihônio elementar, e essa reação pode ser facilitada pela adição de mais vapor de águano gás de arraste. Parece provável que esta formação não seja cineticamente favorecida, então os isótopos de vida mais longa 285 Nh e 286 Nh foram considerados mais desejáveis ​​para experimentos futuros. [101] [107]

Um experimento de 2017 no JINR, produzindo 284 Nh e 285 Nh através da reação 243 Am+ 48 Ca como filhas de 288 Mc e 289 Mc, evitou esse problema removendo a superfície de quartzo, usando apenas PTFE. Nenhum átomo de nihônio foi observado após a separação química, o que implica uma retenção inesperadamente grande de átomos de nihônio nas superfícies de PTFE. Este resultado experimental para o limite de interação de átomos de nihônio com uma superfície de PTFE (−Δ HAnúncios PTFE
(Nh) > 45 kJ/mol)
discorda significativamente da teoria anterior, que esperava um valor menor de 14,00 kJ/mol. Isso sugere que as espécies de nihônio envolvidas no experimento anterior provavelmente não eram nihônio elementar, mas hidróxido de nihônio, e que técnicas de alta temperatura, como cromatografia a vácuo , seriam necessárias para investigar ainda mais o comportamento do nihônio elementar. [108] Bromo saturado com tribrometo de borofoi sugerido como um gás de arraste para experimentos em química de nihonium; isso oxida o congênere mais leve do nihônio, tálio, em tálio (III), fornecendo um caminho para investigar os estados de oxidação do nihônio, semelhante a experimentos anteriores feitos com brometos de elementos do grupo 5, incluindo o dúbnio superpesado . [109]

Veja também

Notas

  1. Na física nuclear , um elemento é chamado de pesado se seu número atômico for alto; o chumbo (elemento 82) é um exemplo de um elemento tão pesado. O termo "elementos superpesados" normalmente se refere a elementos com número atômico maior que 103 (embora existam outras definições, como número atômico maior que 100 [11] ou 112 ; [12] às vezes, o termo é apresentado como equivalente ao termo "transactinida", que coloca um limite superior antes do início da hipotética série de superactinídeos ). [13]Os termos "isótopos pesados" (de um dado elemento) e "núcleos pesados" significam o que pode ser entendido na linguagem comum — isótopos de alta massa (para o elemento dado) e núcleos de alta massa, respectivamente.
  2. Em 2009, uma equipe do JINR liderada por Oganessian publicou resultados de sua tentativa de criar hássio em uma reaçãosimétrica de 136 Xe +  136 Xe. Eles não conseguiram observar um único átomo em tal reação, colocando o limite superior na seção de choque, a medida de probabilidade de uma reação nuclear, como 2,5  pb . [14] Em comparação, a reação que resultou na descoberta do hássio, 208 Pb + 58 Fe, teve uma seção transversal de ~20 pb (mais especificamente, 19+19
    −11
     pb), conforme estimado pelos descobridores. [15]
  3. ^ Quanto maior a energia de excitação, mais nêutrons são ejetados. Se a energia de excitação for menor que a energia que liga cada nêutron ao resto do núcleo, os nêutrons não são emitidos; em vez disso, o núcleo composto é desexcitado emitindo um raio gama . [19]
  4. A definição do Grupo de Trabalho Conjunto IUPAC/IUPAP afirma que um elemento químico só pode ser reconhecido como descoberto se um núcleo dele não decair em 10 a 14 segundos. Esse valor foi escolhido como uma estimativa de quanto tempo leva para um núcleo adquirir seus elétrons externos e, assim, exibir suas propriedades químicas. [20] Esta figura também marca o limite superior geralmente aceito para o tempo de vida de um núcleo composto. [21]
  5. ^ Esta separação é baseada no fato de que os núcleos resultantes se movem além do alvo mais lentamente do que os núcleos do feixe que não reagiram. O separador contém campos elétricos e magnéticos cujos efeitos sobre uma partícula em movimento se cancelam para uma velocidade específica de uma partícula. [23] Essa separação também pode ser auxiliada por uma medição de tempo de voo e uma medição de energia de recuo; uma combinação dos dois pode permitir estimar a massa de um núcleo. [24]
  6. ^ Nem todos os modos de decaimento são causados ​​por repulsão eletrostática. Por exemplo, o decaimento beta é causado pela interação fraca . [29]
  7. Como a massa de um núcleo não é medida diretamente, mas sim calculada a partir da massa de outro núcleo, essa medida é chamada de indireta. Medições diretas também são possíveis, mas na maioria das vezes elas permanecem indisponíveis para núcleos mais pesados. [30] A primeira medição direta da massa de um núcleo superpesado foi relatada em 2018 no LBNL. [31] A massa foi determinada a partir da localização de um núcleo após a transferência (a localização ajuda a determinar sua trajetória, que está ligada à razão massa-carga do núcleo, já que a transferência foi feita na presença de um ímã). [32]
  8. A fissão espontânea foi descoberta pelo físico soviético Georgy Flerov , [33] um dos principais cientistas do JINR e, portanto, era um "cavalo de pau" para a instalação. [34] Em contraste, os cientistas da LBL acreditavam que a informação da fissão não era suficiente para uma alegação de síntese de um elemento. Eles acreditavam que a fissão espontânea não havia sido estudada o suficiente para usá-la na identificação de um novo elemento, pois havia dificuldade em estabelecer que um núcleo composto tivesse apenas ejetado nêutrons e não partículas carregadas como prótons ou partículas alfa. [21] Eles, portanto, preferiram ligar novos isótopos aos já conhecidos por sucessivos decaimentos alfa. [33]
  9. Por exemplo, o elemento 102 foi erroneamente identificado em 1957 no Instituto Nobel de Física em Estocolmo , Condado de Estocolmo , Suécia . [35] Não houve reivindicações definitivas anteriores da criação deste elemento, e o elemento recebeu um nome por seus descobridores suecos, americanos e britânicos, nobelium . Mais tarde foi mostrado que a identificação estava incorreta. [36] No ano seguinte, o LBNL não conseguiu reproduzir os resultados suecos e anunciou sua síntese do elemento; essa afirmação também foi refutada mais tarde. [36] JINR insistiu que eles foram os primeiros a criar o elemento e sugeriu um nome próprio para o novo elemento,joliotium ; [37] o nome soviético também não foi aceito (JINR mais tarde se referiu à nomeação do elemento 102 como "apressado"). [38] O nome "nobélio" permaneceu inalterado devido ao seu uso generalizado. [39]
  10. Elementos transactinídeos , como o nihonium, são produzidos por fusão nuclear . Essas reações de fusão podem ser divididas em fusão "quente" e "fria", dependendo da energia de excitação do núcleo composto produzido. "Fusão a frio" no contexto da síntese de elementos superpesados ​​é um conceito distinto da ideia de que a fusão nuclear pode ser alcançada sob condições de temperatura ambiente. [40] Em reações de fusão a quente, projéteis leves e de alta energia são acelerados em direção a alvos pesados ​​( actinídeos ), criando núcleos compostos em alta energia de excitação (~40–50  MeV ) que podem se fissar ou, alternativamente, emitir vários (3 a 5) nêutrons. [41]As reações de fusão a frio utilizam projéteis mais pesados, tipicamente do quarto período , e alvos mais leves, geralmente chumbo e bismuto . Os núcleos fundidos produzidos têm uma energia de excitação relativamente baixa (~10-20 MeV), o que diminui a probabilidade de sofrerem reações de fissão. À medida que os núcleos fundidos esfriam até o estado fundamental , eles emitem apenas um ou dois nêutrons. A fusão a quente produz mais produtos ricos em nêutrons porque os actinídeos têm as maiores proporções nêutron-próton de todos os elementos, e atualmente é o único método para produzir os elementos superpesados ​​do fleróvio (elemento 114) em diante. [42]
  11. Neptunium foi relatado pela primeira vez em Riken por Nishina e Kenjiro Kimura em 1940, que não obtiveram direitos de nomenclatura porque não puderam separar quimicamente e identificar sua descoberta. [80] [81]
  12. ^ Fontes diferentes dão valores diferentes para meias-vidas; os valores publicados mais recentemente são listados.
  13. ^ a b Este isótopo não está confirmado
  14. ^ O número quântico corresponde à letra no nome do orbital do elétron: 0 a s, 1 a p, 2 a d, etc.
  15. Entre os elementos estáveis ​​do grupo 13, apenas o boro forma haletos monoméricos em condições padrão; os de alumínio, gálio, índio e tálio formam estruturas de rede iônica ou (em alguns casos) dimerizam. [102] [103]
  16. O efeito oposto é esperado para o membro superpesado do grupo 17, tennessine, devido à estabilização relativística doorbital 7p 1/2 : assim IF 3 é em forma de T, mas TsF 3 é esperado para ser trigonal planar. [104]
  17. ^ O composto com estequiometria TlI 3 é um composto de tálio (I) envolvendo oânion triiodeto , I-
    3
    . [105]

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