Tennessee

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Tennessee,  117 Ts
Tennessee
Pronúncia/ t ɛ n ɪ s n / [1] ​( TEN -ə-visto )
Aparênciasemimetálico (previsto) [2]
Número de massa[294]
Tennessina 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
Em

Ts

(Usu)
livermoriumtennessineoganesson
Número atômico ( Z )117
Grupogrupo 17 (halogênios)
Períodoperíodo 7
Quadra  p-bloco
Configuração eletrônica[ Rn ] 5f 14 6d 10 7s 2 7p 5 (previsto) [3]
Elétrons por camada2, 8, 18, 32, 32, 18, 7 (previsto)
Propriedades físicas
Fase em  STPsólido (previsto) [3] [4]
Ponto de fusão623–823  K (350–550 °C, 662–1022 °F) (previsto) [3]
Ponto de ebulição883 K (610 °C, 1130 °F) (previsto) [3]
Densidade (perto  da rt )7,1–7,3 g/cm 3 (extrapolado) [4]
Propriedades atômicas
Estados de oxidação(−1), ( +1 ), ( +3 ), (+5) (previsto) [2] [3]
Energias de ionização
  • 1º: 742,9 kJ/mol (previsto) [5]
  • 2º: 1435,4 kJ/mol (previsto) [5]
  • 3º: 2161,9 kJ/mol (previsto) [5]
  • ( mais )
Raio atômicoempírico: 138h  ( previsto) [4]
Raio covalente156–157 pm (extrapolado) [4]
Outras propriedades
Ocorrência naturalsintético
Número CAS54101-14-3
História
Nomeaçãodepois da região do Tennessee
DescobertaJoint Institute for Nuclear Research , Lawrence Livermore National Laboratory , Vanderbilt University e Oak Ridge National Laboratory (2009)
Principais isótopos de tennessina
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
293 Ts [6] sin 22ms α 289 Mc
294 Ts [7] sin 51 ms α 290 Mc
 Categoria: Tennessina
| referências

A tennessina é um elemento químico sintético com o símbolo Ts e número atômico  117. É o segundo elemento mais pesado conhecido e o penúltimo elemento do 7º período da tabela periódica .

A descoberta da tennessina foi anunciada oficialmente em Dubna , na Rússia, por uma colaboração russo-americana em abril de 2010, o que a torna o elemento mais recentemente descoberto em 2022 . Um de seus isótopos filhos foi criado diretamente em 2011, confirmando parcialmente os resultados do experimento. O experimento em si foi repetido com sucesso pela mesma colaboração em 2012 e por uma equipe conjunta germano-americana em maio de 2014. Em dezembro de 2015, o Grupo de Trabalho Conjunto da União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) e a União Internacional de Química Pura e Física Aplicada, que avalia alegações de descoberta de novos elementos, reconheceu o elemento e atribuiu prioridade à equipe russo-americana. Em junho de 2016, a IUPAC publicou uma declaração afirmando que os descobridores sugeriram o nome tennessine em homenagem ao Tennessee , Estados Unidos, nome que foi adotado oficialmente em novembro de 2016. [a]

A tennessina pode estar localizada na " ilha de estabilidade ", um conceito que explica por que alguns elementos superpesados ​​são mais estáveis ​​em comparação com uma tendência geral de estabilidade decrescente para elementos além do bismuto na tabela periódica. Os átomos de tennessina sintetizados duraram dezenas e centenas de milissegundos . Na tabela periódica, espera-se que a tennessina seja um membro do grupo 17, todos os outros membros são halogênios . [b] Algumas de suas propriedades podem diferir significativamente das dos halogênios devido a efeitos relativísticos . Como resultado, espera-se que a tennessina seja um metal volátil que não forma ânions nem atinge altasestados de oxidação . Espera-se, no entanto, que algumas propriedades-chave, como seus pontos de fusão e ebulição e sua primeira energia de ionização , sigam as tendências periódicas dos halogênios.

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 mal sucedida, com base em cálculos da Australian National University [9]

Os núcleos atômicos [c] mais pesados são criados em reações nucleares que combinam dois outros núcleos de tamanho desigual [d] em um; grosso modo, quanto mais desiguais os dois núcleos em termos de massa, maior a possibilidade de que os dois reajam. [15] 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. [16] 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. [16] [17] 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 , [e] que carregam a energia. Isso ocorre em aproximadamente 10 a 16  segundos após a colisão inicial. [18] [f]

O feixe passa pelo alvo e atinge a próxima câmara, o separador; se um novo núcleo é produzido, ele é carregado com este feixe. [21] No separador, o núcleo recém-produzido é separado de outros nuclídeos (o do feixe original e quaisquer outros produtos da reação) [g] 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. [21] A transferência leva cerca de 10 −6  segundos; para ser detectado, o núcleo deve sobreviver por tanto tempo. [24] O núcleo é registrado novamente assim que seu decaimento é registrado, e a localização, a energia, e o tempo de decaimento são medidos. [21]

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. [25] Os núcleos dos elementos mais pesados ​​são, portanto, teoricamente previstos [26] e até agora foram observados [27] decaindo principalmente através de modos de decaimento que são causados ​​por tal repulsão: decaimento alfa e fissão espontânea ; [h] 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. [i] 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. [j]

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. [k]

História

Pré-descoberta

Em dezembro de 2004, a equipe do Joint Institute for Nuclear Research (JINR) em Dubna , Moscow Oblast , Rússia, propôs um experimento conjunto com o Oak Ridge National Laboratory (ORNL) em Oak Ridge , Tennessee , Estados Unidos, para sintetizar o elemento 117 – então chamado para os 117  prótons em seu núcleo . Sua proposta envolveu a fusão de um alvo de berquélio (elemento 97) e um feixe de cálcio (elemento 20), realizado através do bombardeio do alvo de berquélio com núcleos de cálcio: [39]isso completaria um conjunto de experimentos feitos no JINR sobre a fusão de alvos actinídeos com um feixe de cálcio-48, que até então havia produzido os novos elementos 113116 e 118 . O ORNL - então o único produtor mundial de berquélio - não poderia fornecer o elemento, pois havia cessado temporariamente a produção, [39] e reiniciá-lo seria muito caro. [40] Os planos para sintetizar o elemento 117 foram suspensos em favor da confirmação do elemento 118, que havia sido produzido no início de 2002 bombardeando um alvo de califórnio com cálcio. [41]O berquélio-249 necessário é um subproduto da produção do califórnio-252, e obter a quantidade necessária de berquélio era uma tarefa ainda mais difícil do que a do califórnio, além de custosa: custaria cerca de 3,5 milhões de dólares, e a as partes concordaram em aguardar uma ordem comercial de produção de califórnio, da qual o berquélio poderia ser extraído. [40] [42]

A equipe do JINR procurou usar o berquélio porque o cálcio-48 , o isótopo de cálcio usado no feixe, tem 20 prótons e 28 nêutrons, fazendo uma relação nêutron-próton de 1,4; e é o núcleo estável ou quase estável mais leve com um excesso de nêutrons tão grande. O segundo núcleo mais leve, paládio-110 (46 prótons, 64 nêutrons, razão nêutron-próton de 1,391), é muito mais pesado. Graças ao excesso de nêutrons, esperava-se que os núcleos resultantes fossem mais pesados ​​e mais próximos da procurada ilha de estabilidade . [l] Dos 117 prótons apontados, o cálcio tem 20, e assim eles precisaram usar o berquélio, que tem 97 prótons em seu núcleo. [43]

Em fevereiro de 2005, o líder da equipe do JINR — Yuri Oganessian — apresentou um colóquio no ORNL. Também estiveram presentes representantes do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, que já havia trabalhado com o JINR na descoberta dos elementos 113-116 e 118, e Joseph Hamilton da Universidade Vanderbilt , um colaborador de Oganessian. [45]

Hamilton verificou se o reator de alto fluxo ORNL produzia califórnio para um pedido comercial: O berquélio necessário poderia ser obtido como subproduto. Ele soube que não e não havia expectativa de tal ordem no futuro imediato. Hamilton continuou monitorando a situação, fazendo as verificações de vez em quando. (Mais tarde, Oganessian se referiu a Hamilton como "o pai de 117" por fazer este trabalho.) [45]

Descoberta

O ORNL retomou a produção de califórnio na primavera de 2008. Hamilton observou o reinício durante o verão e fez um acordo sobre a extração subsequente de berquélio [46] (o preço foi de cerca de US$ 600.000). [15] Durante um simpósio em setembro de 2008 na Universidade Vanderbilt em Nashville , Tennessee, comemorando seu 50º ano na faculdade de Física, ele apresentou Oganessian a James Roberto (então vice-diretor de ciência e tecnologia do ORNL). [47] Eles estabeleceram uma colaboração entre JINR, ORNL e Vanderbilt; [42] a equipe do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) em Livermore , Califórnia, EUA, logo foi convidado a participar. [48]

Uma amostra muito pequena de um líquido azul em uma pipeta de plástico segurada por uma mão usando equipamento de proteção pesado
O alvo de berquélio usado para a síntese (em solução)

Em novembro de 2008, o Departamento de Energia dos EUA , que supervisionava o reator em Oak Ridge , permitiu o uso científico do berquélio extraído. [48] A produção durou 250 dias e terminou no final de dezembro de 2008, [49] resultando em 22 miligramas de berquélio, o suficiente para realizar o experimento. [50] Em janeiro de 2009, o berquélio foi removido do reator de isótopos de alto fluxo do ORNL; [48] foi posteriormente resfriado por 90 dias e então processado no Centro de Engenharia e Desenvolvimento Radioquímico do ORNL para separar e purificar o material de berquélio, o que levou mais 90 dias. [42] Sua meia-vidaé de apenas 330 dias: após esse tempo, metade do berquélio produzido teria decaído . Por causa disso, o alvo de berquélio teve que ser rapidamente transportado para a Rússia; para que o experimento fosse viável, ele precisava ser concluído dentro de seis meses após sua partida dos Estados Unidos. [42] O alvo foi embalado em cinco contêineres de chumbo para serem transportados de Nova York para Moscou. [42]

As autoridades alfandegárias russas se recusaram duas vezes a deixar o alvo entrar no país por causa da falta de documentos ou documentos incompletos. Ao longo de alguns dias, o alvo viajou pelo Oceano Atlântico cinco vezes. [42] Ao chegar à Rússia em junho de 2009, o berquélio foi imediatamente transferido para o Instituto de Pesquisa de Reatores Atômicos (RIAR) em Dimitrovgrad , Ulyanovsk Oblast , onde foi depositado como uma camada fina de 300 nanômetros em um filme de titânio . [49] Em julho de 2009, foi transportado para Dubna, [49] onde foi instalado no acelerador de partículas do JINR. [50] OO feixe de cálcio-48 foi gerado pela extração química das pequenas quantidades de cálcio-48 presentes no cálcio natural, enriquecendo-o 500 vezes. [ citação necessário ] Este trabalho foi feito na cidade fechada de Lesnoy , Sverdlovsk Oblast , Rússia. [48]

O experimento começou no final de julho de 2009. [48] Em janeiro de 2010, cientistas do Laboratório de Reações Nucleares Flerov anunciaram internamente que haviam detectado o decaimento de um novo elemento com número atômico 117 por meio de duas cadeias de decaimento: uma de ímpar-ímpar isótopo que sofre 6  decaimentos alfa antes da fissão espontânea , e um de um isótopo ímpar-par que sofre 3 decaimentos alfa antes da fissão. [51] Os dados obtidos do experimento foram enviados ao LLNL para análise posterior. [52] Em 9 de abril de 2010, um relatório oficial foi divulgado na revista Physical Review Lettersidentificando os isótopos como 294 117 e 293 117, que mostraram ter meias-vidas da ordem de dezenas ou centenas de milissegundos . O trabalho foi assinado por todas as partes envolvidas no experimento até certo ponto: JINR, ORNL, LLNL, RIAR, Vanderbilt, a Universidade do Tennessee ( Knoxville , Tennessee , EUA) e a Universidade de Nevada ( Las Vegas , Nevada , EUA) , que forneceu suporte para análise de dados. [53] Os isótopos foram formados da seguinte forma: [54] [m]

249
97
Bk
+48
20
Ca
297 117* → 294 117 + 31
0

n
(1 evento)
249
97
Bk
+48
20
Ca
297 117* → 293 117 + 41
0

n
(5 eventos)

Confirmação

Cadeia de decaimento dos átomos produzidos no experimento original. As figuras próximas às setas descrevem valores experimentais (preto) e teóricos (azul) para o tempo de vida e energia de cada decaimento. Os tempos de vida podem ser convertidos em meias-vidas multiplicando por ln 2 . [54]

Todos os isótopos filhos (produtos de decomposição) do elemento 117 eram anteriormente desconhecidos; [54] portanto, suas propriedades não puderam ser usadas para confirmar a alegação de descoberta. Em 2011, quando um dos produtos de decaimento ( 289 115) foi sintetizado diretamente, suas propriedades correspondiam às medidas na síntese indireta alegada do decaimento do elemento 117. [55] Os descobridores não apresentaram uma reivindicação para suas descobertas em 2007– 2011, quando o Grupo de Trabalho Conjunto estava analisando as alegações de descobertas de novos elementos. [56]

A equipe de Dubna repetiu o experimento em 2012, criando sete átomos do elemento 117 e confirmando sua síntese anterior do elemento 118 (produzido depois de algum tempo quando uma quantidade significativa do alvo berquélio -249 tinha beta decaído para califórnio -249). Os resultados do experimento coincidiram com o resultado anterior; [7] os cientistas então entraram com um pedido para registrar o elemento. [ citação necessária ] Em maio de 2014, uma colaboração conjunta germano-americana de cientistas do ORNL e do GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research em Darmstadt , Hessen, Alemanha, alegou ter confirmado a descoberta do elemento. [6] [57] A equipe repetiu o experimento Dubna usando o acelerador Darmstadt, criando dois átomos do elemento 117. [6]

Em dezembro de 2015, o JWP reconheceu oficialmente a descoberta de 293 117 por conta da confirmação das propriedades de sua filha 289 115, [58] e assim os descobridores listados — JINR, LLNL e ORNL — tiveram o direito de sugerir um nome oficial para o elemento. (Vanderbilt foi deixado de fora da lista inicial de descobridores em um erro que foi posteriormente corrigido.) [59]

Em maio de 2016, a Universidade de Lund ( Lund , Scania , Suécia) e GSI lançaram algumas dúvidas sobre as sínteses dos elementos  115 e 117. As cadeias de decaimento atribuídas a 289 115, o isótopo instrumental na confirmação das sínteses dos elementos 115 e 117, foram encontrados com base em um novo método estatístico para ser muito diferente para pertencer ao mesmo nuclídeo com uma probabilidade razoavelmente alta. As 293.117 cadeias de decaimento aprovadas como tal pelo JWP foram encontradas para exigir a divisão em conjuntos de dados individuais atribuídos a diferentes isótopos do elemento 117. Também foi descoberto que a ligação reivindicada entre as cadeias de decaimento relatadas a partir de 293.117 e 289115 provavelmente não existia. (Por outro lado, as cadeias do isótopo não aprovado 294 117 foram congruentes .) A multiplicidade de estados encontrados quando nuclídeos que não são nem mesmo sofrem decaimento alfa não é inesperado e contribui para a falta de clareza na as reações cruzadas. Este estudo criticou o relatório do JWP por ignorar sutilezas associadas a essa questão e considerou "problemático" que o único argumento para a aceitação das descobertas dos elementos 115 e 117 fosse um link que eles consideravam duvidoso. [60] [61]

Em 8 de junho de 2017, dois membros da equipe Dubna publicaram um artigo de jornal respondendo a essas críticas, analisando seus dados sobre os nuclídeos 293 117 e 289 115 com métodos estatísticos amplamente aceitos, observaram que os estudos de 2016 indicando não congruência produziram resultados problemáticos quando aplicados ao decaimento radioativo: eles excluíram do intervalo de confiança de 90% os tempos de decaimento médio e extremo, e as cadeias de decaimento que seriam excluídas do intervalo de confiança de 90% escolhidos eram mais prováveis ​​de serem observadas do que aquelas que seriam incluídas. A reanálise de 2017 concluiu que as cadeias de decaimento observadas de 293 117 e 289115 eram consistentes com a suposição de que apenas um nuclídeo estava presente em cada etapa da cadeia, embora fosse desejável poder medir diretamente o número de massa do núcleo originário de cada cadeia, bem como a função de excitação do 243 Am + Reação de 48 Ca. [62]

Nomeação

Campus principal do local de trabalho de Hamilton, Vanderbilt University, uma das instituições nomeadas como co-descobridoras do tennessine

Usando a nomenclatura de Mendeleev para elementos não nomeados e não descobertos , o elemento 117 deve ser conhecido como eka -astatine . Usando as recomendações de 1979 da União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC), o elemento foi temporariamente chamado de ununseptium (símbolo Uus ) até que sua descoberta fosse confirmada e um nome permanente escolhido; o nome temporário foi formado a partir das raízes latinas "um", "um" e "sete", uma referência ao número atômico 117 do elemento. [63] Muitos cientistas da área o chamaram de "elemento 117", com o símbolo E117 , (117) , ou117 . [3] De acordo com as diretrizes da IUPAC válidas no momento da aprovação da descoberta, os nomes permanentes dos novos elementos deveriam terminar em "-ium"; isso incluía o elemento 117, mesmo que o elemento fosse um halogênio , que tradicionalmente tem nomes que terminam em "-ine"; [64] no entanto, as novas recomendações publicadas em 2016 recomendavam o uso da terminação "-ine" para todos os novos elementos do grupo 17. [65]

Após a síntese original em 2010, Dawn Shaughnessy , do LLNL e Oganessian, declarou que a nomeação era uma questão delicada e foi evitada na medida do possível. [66] No entanto, Hamilton declarou naquele ano: "Eu fui crucial para reunir o grupo e obter o alvo 249 Bk essencial para a descoberta. Como resultado disso, vou nomear o elemento. não vou dizer o nome, mas vai trazer distinção para a região." [53] (Hamilton ensina na Vanderbilt University em Nashville, Tennessee, EUA) Em uma entrevista de 2015, Oganessian, depois de contar a história do experimento, disse: "e os americanos chamaram isso de tour de force, eles demonstraram que podiam fazer [isso] sem margem para erro. Bem, logo eles nomeará o 117º elemento." [67]

Em março de 2016, a equipe de descoberta concordou em uma teleconferência envolvendo representantes das partes envolvidas no nome "tennessine" para o elemento 117 . elementos 115, 117 e 118 da IUPAC; a sugestão para o elemento 117 foi tennessine , com o símbolo Ts , depois de "a região do Tennessee". [a] Os nomes sugeridos foram recomendados para aceitação pela Divisão de Química Inorgânica da IUPAC; a aceitação formal estava prevista para ocorrer após o término do prazo de cinco meses após a publicação da declaração. [68]Em novembro de 2016, os nomes, incluindo tennessine, foram formalmente aceitos. Preocupações de que o símbolo Ts proposto pode colidir com uma notação para o grupo tosil usado em química orgânica foram rejeitados, seguindo os símbolos existentes com esses significados duplos: Ac ( actínio e acetil ) e Pr ( praseodímio e propil ). [69] A cerimônia de nomeação de moscovium, tennessine e oganesson foi realizada em 2 de março de 2017 na Academia Russa de Ciências em Moscou ; uma cerimônia separada apenas para tennessine foi realizada no ORNL em janeiro de 2017. [70]

Propriedades previstas

Além das propriedades nucleares, nenhuma propriedade da tennessina ou de seus compostos foi medida; isso se deve à sua produção extremamente limitada e cara [15] e ao fato de que decai muito rapidamente. As propriedades da tennessina permanecem desconhecidas e apenas as previsões estão disponíveis.

Estabilidade nuclear e isótopos

A estabilidade dos núcleos diminui rapidamente com o aumento do número atômico após o cúrio , elemento 96, cuja meia-vida é quatro ordens de grandeza maior do que a de qualquer elemento subsequente. Todos os isótopos com número atômico acima de 101 sofrem decaimento radioativo com meia-vida inferior a 30 horas. Nenhum elemento com número atômico acima de 82 (após o chumbo ) tem isótopos estáveis. [71] Isso se deve à repulsão de prótons de Coulomb cada vez maior, 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 104 prótonsnão deveria existir. [72] No entanto, pesquisadores na década de 1960 sugeriram que as conchas nucleares fechadas em torno de 114 prótons e 184 nêutrons deveriam neutralizar essa instabilidade, criando uma " ilha de estabilidade " onde os nuclídeos poderiam ter meias-vidas de milhares ou milhões de anos. Embora os cientistas ainda não tenham chegado à ilha, a mera existência dos elementos superpesados (incluindo a tennessina) confirma que este efeito estabilizador é real e, em geral, os nuclídeos superpesados ​​conhecidos tornam-se exponencialmente mais duradouros à medida que se aproximam da localização prevista da ilha. [73] [74]A tennessina é o segundo elemento mais pesado criado até agora, e todos os seus isótopos conhecidos têm meia-vida de menos de um segundo. No entanto, isso é maior do que os valores previstos antes de sua descoberta: os tempos de vida previstos para 293 Ts e 294 Ts usados ​​no artigo de descoberta foram de 10 ms e 45 ms, respectivamente, enquanto os tempos de vida observados foram de 21 ms e 112 ms, respectivamente. [54] A equipe de Dubna acredita que a síntese do elemento é uma prova experimental direta da existência da ilha de estabilidade. [75]

Um gráfico 2D com células retangulares coloridas em preto e branco, abrangendo do llc ao urc, com as células se tornando mais claras mais próximas ao último
Um gráfico de estabilidade de nuclídeos usado pela equipe de Dubna em 2010. Os isótopos caracterizados são mostrados com bordas. Segundo os descobridores, a síntese do elemento 117 serve como prova definitiva da existência da "ilha de estabilidade" (circulada). [75]

Foi calculado que o isótopo 295 Ts teria uma meia-vida de cerca de 18  milissegundos , e pode ser possível produzir este isótopo através da mesma reação berquélio-cálcio usada nas descobertas dos isótopos conhecidos, 293 Ts e 294 Ts . A chance dessa reação produzir 295 Ts é estimada em, no máximo, um sétimo da chance de produzir 294 Ts. [24] [76] [77] Cálculos usando um modelo de tunelamento quântico prevêem a existência de vários isótopos de tennessina até 303 Ts. Espera-se que o mais estável deles seja 296Ts com meia-vida de decaimento alfa de 40 milissegundos. [78] Um estudo de modelo de gota de líquido nos isótopos do elemento mostra resultados semelhantes; sugere uma tendência geral de aumento da estabilidade para isótopos mais pesados ​​que 301 Ts, com meias-vidas parciais que excedem a idade do universo para os isótopos mais pesados ​​como 335 Ts quando o decaimento beta não é considerado. [79] Isótopos mais leves de tennessina podem ser produzidos na reação 243 Am + 50 Ti, que foi considerada como um plano de contingência pela equipe Dubna em 2008 se 249 Bk se mostrasse indisponível, [80]e foi considerado novamente para estudo em 2017–2018 para investigar as propriedades das reações nucleares com um feixe de titânio-50, que se torna necessário para sintetizar elementos além do oganesson. [81]

Atômica e física

Espera-se que a tennessina seja um membro do grupo 17 na tabela periódica, abaixo dos cinco halogênios; flúor , cloro , bromo , iodo e astato, cada um com sete elétrons de valência com uma configuração de n s 2 n p 5 . [82] [n] Para a tennessina, estando no sétimo período (linha) da tabela periódica, continuar a tendência preveria uma configuração eletrônica de valência de 7s 2 7p 5 , [3]e, portanto, seria esperado que se comportasse de maneira semelhante aos halogênios em muitos aspectos relacionados a esse estado eletrônico. Porém, descendo o grupo 17, a metalicidade dos elementos aumenta; por exemplo, o iodo já exibe um brilho metálico no estado sólido, e a astatina é frequentemente classificada como um metalóide devido às suas propriedades serem muito distantes das dos quatro halogênios anteriores. Como tal, uma extrapolação baseada em tendências periódicas prevê que a tennessina seja um metal pós-transição bastante volátil . [83]

Gráfico preto sobre transparente, largura maior que altura, com a parte principal do gráfico sendo preenchida com listras horizontais curtas
Níveis de energia atômica dos elétrons s , p e d mais externos do cloro (orbitais d não aplicáveis), bromo, iodo, astato e tennessina

Os cálculos confirmaram a precisão desta extrapolação simples, embora a verificação experimental disso seja atualmente impossível, pois as meias-vidas dos isótopos de tennessina conhecidos são muito curtas. [83] É provável que surjam diferenças significativas entre a tennessina e os halogênios anteriores, em grande parte devido à interação spin-órbita - a interação mútua entre o movimento e o spin dos elétrons. A interação spin-órbita é especialmente forte para os elementos superpesados ​​porque seus elétrons se movem mais rápido – em velocidades comparáveis ​​à velocidade da luz – do que aqueles em átomos mais leves. [84]Nos átomos de tennessina, isso reduz os níveis de energia do elétron 7s e 7p, estabilizando os elétrons correspondentes, embora dois dos níveis de energia do elétron 7p sejam mais estabilizados do que os outros quatro. [85] A estabilização dos elétrons 7s é chamada de efeito do par inerte ; o efeito que separa o subshell 7p nas partes mais estabilizadas e menos estabilizadas é chamado de divisão de subshell. Os químicos computacionais entendem a divisão como uma mudança do segundo número quântico ( azimutal ) l de 1 para 1/2 e 3/2 para as partes mais estabilizadas e menos estabilizadas da subcamada 7p, respectivamente. [86] [o] Para muitos propósitos teóricos, a configuração eletrônica de valência pode ser representada para refletir a divisão da subcamada 7p como 7s2
19h2
1/2
19h3
3/2
. [3]

Também existem diferenças para outros níveis de elétrons. Por exemplo, os níveis de elétrons 6d (também divididos em dois, com quatro sendo 6d 3/2 e seis sendo 6d 5/2 ) são elevados, então eles estão próximos em energia aos 7s, [85] embora nenhum elétron 6d química foi prevista para tennessine. A diferença entre os níveis 7p 1/2 e 7p 3/2 é anormalmente alta; 9,8  eV . [85] A divisão do subshell 6p do Astatine é de apenas 3,8 eV, [85] e sua química 6p 1/2 já foi chamada de "limitada". [87] Esses efeitos fazem com que a química da tennessina seja diferente daquela de seus vizinhos superiores (veja abaixo).

A primeira energia de ionização do Tennessine - a energia necessária para remover um elétron de um átomo neutro - está prevista para ser de 7,7 eV, menor do que a dos halogênios, novamente seguindo a tendência. [3] Como seus vizinhos na tabela periódica, espera-se que a tennessina tenha a menor afinidade eletrônica — energia liberada quando um elétron é adicionado ao átomo — em seu grupo; 2,6 ou 1,8 eV. [3] Prevê-se que o elétron do hipotético átomo de tennessina semelhante ao hidrogênio - oxidado de modo que tenha apenas um elétron, Ts 116+ - se mova tão rapidamente que sua massa é 1,90 vezes a de um elétron imóvel, uma característica atribuível a efeitos relativísticos. Para comparação, o número para astatina semelhante ao hidrogênio é 1,27 e o número para o iodo semelhante ao hidrogênio é 1,08. [88] Extrapolações simples das leis da relatividade indicam uma contração do raio atômico . [88] Cálculos avançados mostram que o raio de um átomo de tennessina que formou uma ligação covalente seria 165  pm , enquanto o de astatine seria 147 pm. [89] Com os sete elétrons mais externos removidos, a tennessina é finalmente menor; 57 pm [3] para tennessine e 61 pm [90] para astatine.

Os pontos de fusão e ebulição da tennessina não são conhecidos; artigos anteriores previam cerca de 350-500°C e 550°C, respectivamente, [3] ou 350-550°C e 610°C, respectivamente. [91] Esses valores superam os de astato e os halogênios mais leves, seguindo tendências periódicas . Um artigo posterior prevê que o ponto de ebulição da tennessina seja de 345 °C [92] (o da astatine é estimado em 309 °C, [93] 337 °C, [94] ou 370 °C, [95] embora os valores experimentais de 230 °C [96] e 411 °C [90] foram relatados). Espera-se que a densidade da tennessina esteja entre 7,1 e 7,3 g/cm 3, continuando a tendência de aumento da densidade entre os halogênios; a da astatina é estimada entre 6,2 e 6,5 g/cm 3 . [4]

Química

Modelo esquelético de uma molécula planar com um átomo central (iodo) simetricamente ligado a três átomos (flúor) para formar um grande T de ângulo reto
E SE
3
tem uma configuração em forma de T.
Modelo esquelético de uma molécula trigonal com um átomo central (tennessina) simetricamente ligado a três átomos periféricos (flúor)
TsF
3
é previsto para ter uma configuração trigonal.

Os isótopos conhecidos de tennessina, 293 Ts e 294 Ts, têm vida curta demais para permitir a experimentação química no momento. No entanto, muitas propriedades químicas da tennessina foram calculadas. [97] Ao contrário dos elementos mais leves do grupo 17, a tennessina pode não apresentar o comportamento químico comum aos halogênios. [8] Por exemplo, flúor, cloro, bromo e iodo rotineiramente aceitam um elétron para alcançar a configuração eletrônica mais estável de um gás nobre , obtendo oito elétrons ( octeto ) em suas camadas de valência em vez de sete. [98]Essa habilidade enfraquece à medida que o peso atômico aumenta descendo o grupo; a tennessina seria o elemento do grupo 17 menos disposto a aceitar um elétron. Dos estados de oxidação que se prevê que se formem, espera-se que −1 seja o menos comum. [3] Prevê -se que o potencial de redução padrão do par Ts/Ts seja −0,25 V; este valor é negativo, ao contrário de todos os halogênios mais leves. [2]

Há outra oportunidade para a tennessina completar seu octeto - formando uma ligação covalente . Como os halogênios, quando dois átomos de tennessina se encontram, espera-se que eles formem uma ligação Ts-Ts para dar uma molécula diatômica . Tais moléculas são comumente ligadas por meio de ligações sigma simples entre os átomos; estas são diferentes das ligações pi , que são divididas em duas partes, cada uma deslocada em uma direção perpendicular à linha entre os átomos e opostas uma à outra, em vez de estarem localizadas diretamente entre os átomos que se ligam. A ligação Sigma foi calculada para mostrar um grande caráter antiligante no At 2molécula e não é tão favorável energeticamente. Tennessine está previsto para continuar a tendência; um forte caráter pi deve ser visto na ligação de Ts 2 . [3] [99] Prevê-se que a molécula cloreto de tennessina (TsCl) vá mais longe, sendo ligada com uma única ligação pi. [99]

Além do estado instável -1, mais três estados de oxidação são previstos; +5, +3 e +1. O estado +1 deve ser especialmente estável devido à desestabilização dos três elétrons 7p 3/2 mais externos , formando uma configuração de subcamada estável e semipreenchida; [3] astatine mostra efeitos semelhantes. [100] O estado +3 deve ser importante, novamente devido aos elétrons 7p 3/2 desestabilizados. [91] Prevê-se que o estado +5 seja incomum porque os elétrons 7p 1/2 são estabilizados de forma oposta. [3]O estado +7 não foi mostrado - mesmo computacionalmente - como alcançável. Como os elétrons 7s são bastante estabilizados, foi levantada a hipótese de que a tennessina efetivamente tem apenas cinco elétrons de valência. [101]

O composto de tennessina mais simples possível seria o monohidreto, TsH. Espera-se que a ligação seja fornecida por um elétron 7p 3/2 da tennessina e o elétron 1s do hidrogênio. A natureza não-ligante do espinor 7p 1/2 é porque se espera que a tennessina não forme ligações puramente sigma ou pi. [102] Portanto, o espinor 7p 3/2 desestabilizado (assim expandido) é responsável pela ligação. [103] Este efeito alonga a molécula de TsH em 17 picômetros em comparação com o comprimento total de 195 pm. [102] Como as ligações eletrônicas da tennessina p são dois terços sigma, a ligação é apenas dois terços tão forte quanto seria se a tennessina não apresentasse interações spin-órbita. [102]A molécula segue assim a tendência dos hidretos de halogênio, mostrando um aumento no comprimento de ligação e uma diminuição na energia de dissociação em relação ao AtH. [3] As moléculas Tl Ts e Nh Ts podem ser vistas de forma análoga, levando em conta um efeito oposto demonstrado pelo fato de os elétrons p 1/2 do elemento estarem estabilizados. Essas duas características resultam em um momento de dipolo relativamente pequeno (produto da diferença entre as cargas elétricas dos átomos e o deslocamento dos átomos) para TlTs; apenas 1,67  D , [p]o valor positivo implicando que a carga negativa está no átomo de tennessina. Para NhTs, prevê-se que a força dos efeitos cause uma transferência do elétron do átomo de tennessina para o átomo de nihônio, com o valor do momento de dipolo sendo -1,80 D. [105] A interação spin-órbita aumenta a energia de dissociação do Molécula TsF porque diminui a eletronegatividade da tennessina, fazendo com que a ligação com o átomo de flúor extremamente eletronegativo tenha um caráter mais iônico . [102] O monofluoreto de tennessina deve apresentar a ligação mais forte de todos os monofluoretos do grupo 17. [102]

A teoria VSEPR prevê uma geometria molecular em forma de T dobrada para os trifluoretos do grupo 17. Todos os trifluoretos de halogênio conhecidos têm essa geometria molecular e têm uma estrutura de AX 3 E 2 — um átomo central, denotado A, cercado por três ligantes , X, e dois pares de elétrons não compartilhados , E. Se os efeitos relativísticos forem ignorados, TsF 3 deve seguir seus congêneres mais leves por terem uma geometria molecular em forma de T dobrada. Previsões mais sofisticadas mostram que esta geometria molecular não seria energeticamente favorecida para TsF 3 , prevendo em vez disso uma geometria molecular planar trigonal (AX 3E0 ) . Isso mostra que a teoria VSEPR pode não ser consistente para os elementos superpesados. [101] Prevê-se que a molécula TsF 3 seja significativamente estabilizada por interações spin-órbita; uma possível justificativa pode ser a grande diferença de eletronegatividade entre tennessina e flúor, dando à ligação um caráter parcialmente iônico. [101]

Notas

  1. a b A declaração da IUPAC mencionou "a contribuição da região do Tennessee (grifo nosso), incluindo o Oak Ridge National Laboratory , Vanderbilt University e a University of Tennessee em Knoxville, Tennessee , para a pesquisa de elementos superpesados, incluindo a produção e química separação de materiais-alvo de actinídeos exclusivos para síntese de elementos superpesados ​​no Reator de Isótopos de Alto Fluxo do ORNL (HFIR) e Centro de Desenvolvimento de Engenharia Radioquímica (REDC)".
  2. O termo " grupo  17" refere-se a uma coluna na tabela periódica começando com flúor e é distinto de "halogênio", que se refere a um conjunto comum de propriedades químicas e físicas compartilhadas por flúor, cloro , bromo , iodo e astato , todos os quais precedem a tennessina no grupo 17. Ao contrário dos outros membros do grupo 17, a tennessina pode não ser um halogênio. [8]
  3. 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 [10] ou 112 ; [11] às vezes, o termo é apresentado como equivalente ao termo "transactinida", que coloca um limite superior antes do início da hipotética série de superactinídeos ). [12]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.
  4. 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 . [13] 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. [14]
  5. ^ 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 . [18]
  6. 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. [19] Esta figura também marca o limite superior geralmente aceito para o tempo de vida de um núcleo composto. [20]
  7. ^ 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. [22] 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. [23]
  8. ^ Nem todos os modos de decaimento são causados ​​por repulsão eletrostática. Por exemplo, o decaimento beta é causado pela interação fraca . [28]
  9. 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. [29] A primeira medição direta da massa de um núcleo superpesado foi relatada em 2018 no LBNL. [30] 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 relação massa-carga do núcleo, já que a transferência foi feita na presença de um ímã). [31]
  10. A fissão espontânea foi descoberta pelo físico soviético Georgy Flerov , [32] um cientista líder do JINR, e assim era um "cavalo de pau" para a instalação. [33] 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. [20] Eles, portanto, preferiram ligar novos isótopos aos já conhecidos por sucessivos decaimentos alfa. [32]
  11. Por exemplo, o elemento 102 foi erroneamente identificado em 1957 no Instituto Nobel de Física em Estocolmo , Condado de Estocolmo , Suécia . [34] 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. [35] No ano seguinte, o LBNL não conseguiu reproduzir os resultados suecos e anunciou sua síntese do elemento; essa afirmação também foi refutada mais tarde. [35] JINR insistiu que eles foram os primeiros a criar o elemento e sugeriu um nome próprio para o novo elemento,joliotium ; [36] o nome soviético também não foi aceito (JINR mais tarde se referiu à nomeação do elemento 102 como "apressado"). [37] O nome "nobélio" permaneceu inalterado devido ao seu uso generalizado. [38]
  12. Embora isótopos estáveis ​​dos elementos mais leves geralmente tenham uma razão nêutron-próton próxima ou igual a um (por exemplo, o único isótopo estável de alumínio tem 13 prótons e 14 nêutrons, [43] fazendo uma razão nêutron-próton de 1,077), isótopos estáveis ​​de elementos mais pesados ​​têm maiores razões nêutron-próton, aumentando com o número de prótons. Por exemplo, o único isótopo estável do iodo tem 53 prótons e 74 nêutrons, dando razão nêutron-próton de 1,396, o único isótopo estável do ouro tem 79 prótons e 118 nêutrons, produzindo uma razão nêutron-próton de 1,494, eo plutônio o isótopo mais estável tem 94 prótons e 150 nêutrons, e uma razão nêutron-próton de 1,596. [43]Espera-se que essa tendência [44] torne difícil sintetizar os isótopos mais estáveis ​​de elementos superpesados, pois as razões nêutron-próton dos elementos a partir dos quais são sintetizados serão muito baixas.
  13. Um nuclídeo é comumente denotado pelo símbolo do elemento químico imediatamente precedido pelo número de massa como sobrescrito e pelo número atômico como subscrito. Os nêutrons são representados como nuclídeos com massa atômica 1, número atômico 0 e símbolo n . Fora do contexto das equações nucleares, o número atômico às vezes é omitido. Um asterisco denota um estágio intermediário de vida extremamente curta (ou mesmo inexistente) da reação.
  14. ^ A letra n representa o número do período (linha horizontal na tabela periódica) ao qual o elemento pertence. As letras "s" e "p" denotam os orbitais atômicos s e p , e os números sobrescritos subsequentes denotam o número de elétrons em cada um. Portanto, a notação n s 2 n p 5 significa que as camadas de valência dos elementos mais leves do grupo 17 são compostas por dois elétrons s e cinco elétrons p , todos localizados no nível de energia do elétron mais externo.
  15. ^ O número quântico corresponde à letra no nome do orbital do elétron: 0 a s , 1 a p , 2 a d , etc. Veja número quântico azimutal para mais informações.
  16. ^ Para comparação, os valores para as moléculas ClF, HCl, SO, HF e HI são 0,89 D, 1,11 D, 1,55 D, 1,83 D e 1,95 D. Valores para moléculas que não se formam em condições padrão , ou seja, GeSe, SnS, TlF, BaO e NaCl são 1,65 D, ~3,2 D, 4,23 D, 7,95 D e 9,00 D. [104]

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