Unbinilium - Unbinilium

Unbinilium,  120 Ubn
Unbinilium
Wymowa / ˌ ù n b n ɪ L i ə m / ( PPO -by- NIL -ee-əm )
Alternatywne nazwy pierwiastek 120, eka-rad
Unbinilium w układzie okresowym
Wodór Hel
Lit Beryl Bor Węgiel Azot Tlen Fluor Neon
Sód Magnez Aluminium Krzem Fosfor Siarka Chlor Argon
Potas Wapń Skand Tytan Wanad Chrom Mangan Żelazo Kobalt Nikiel Miedź Cynk Gal German Arsen Selen Brom Krypton
Rubid Stront Itr Cyrkon Niob Molibden Technet Ruten Rod Paladium Srebro Kadm Ind Cyna Antymon Tellur Jod Ksenon
Cez Bar Lantan Cer Prazeodym Neodym promet Samar Europ Gadolin Terb Dysproz Holmium Erb Tul Iterb Lutet Hafn Tantal Wolfram Ren Osm Iryd Platyna Złoto Rtęć (pierwiastek) Tal Ołów Bizmut Polon Astatin Radon
Francium Rad Aktyn Tor Protaktyn Uran Neptun Pluton Ameryk Kiur Berkel Kaliforn Einsteina Ferm Mendelew Nobel Wawrzyńca Rutherford Dubnium Seaborgium Bohrium Hass Meitnerium Darmsztadt Rentgen Kopernik Nihon Flerow Moskwa Livermorium Tennessine Oganesson
Ununennium Unbinilium
Niekwadrium Unquadquadium Unkwadpentium Unquadheksyum Unquadseptium niekwadoctium Unquadennium Unpentnilium Unpentunium Unpentbium Unpenttrium Unpentquadium Unpentium Unpenthexium Unpentseptium Unpentokt Unpentennium Unhexnilium Unheksun Unhexbium Unhekstrium Unhexquadium Unhekspentium Unheksaks Unheksseptium Unheksokt Unheksennium Unseptnilium Unseptunium Nieseptb
Unbinium Unbib Unbitrium Unbikwadium Unbipentium Unbihexium Unbiseptium Unbioktium Dwulecie Untrinilium Untriunium Untribium Untritrium Untriquadium Untrypentium Untrihexium Untriseptium Untriokt Untriennium Unquadnilium niekwadun Niekwadb
Ra

Ubn

ununenniumunbiniliumunbiunium
Liczba atomowa ( Z ) 120
Grupa grupa 2 (metale ziem alkalicznych)
Okres okres 8
Blok   s-blok
Konfiguracja elektronów [ Og ] 8s 2 (przewidywane)
Elektrony na powłokę 2, 8, 18, 32, 32, 18, 8, 2 (przewidywane)
Właściwości fizyczne
Faza STP solidny (przewidywany)
Temperatura topnienia 953  K ​(680 °C, ​1256 °F) (przewidywane)
Temperatura wrzenia 1973 K ​(1700 °C, ​3092 °F) (przewidywane)
Gęstość (w pobliżu  rt ) 7 g / cm 3 (przewidywane)
Ciepło stapiania 8,03–8,58  kJ/mol (ekstrapolowane)
Właściwości atomowe
Stany utleniania (+1), ( +2 ), (+4) (przewidywane)
Elektroujemność Skala Paulinga: 0,91 (przewidywana)
Energie jonizacji
Promień atomowy empiryczny: 200  pm (przewidywany)
Promień kowalencyjny 206-210 po południu (ekstrapolowana)
Inne właściwości
Struktura krystaliczna Ciało skoncentrowane sześcienny (BCC)
Skoncentrowana na ciele sześcienna struktura krystaliczna dla unbinilium

(ekstrapolowane)
Numer CAS 54143-58-7
Historia
Nazewnictwo Nazwa systematyczna elementu IUPAC
| Bibliografia

Unbinilium , znany również jako eka-rad lub po prostu pierwiastek 120 , jest hipotetycznym pierwiastkiem chemicznym w układzie okresowym o symbolu Ubn i liczbie atomowej 120. Unbinilium i Ubn to tymczasowa systematyczna nazwa i symbol IUPAC , które są używane do czasu odkrycia pierwiastka , potwierdzone i ustalana jest stała nazwa. W układzie okresowym pierwiastków oczekuje się, że będzie to pierwiastek s-bloku , metal ziem alkalicznych i drugi pierwiastek w ósmym okresie . Przyciągnęła uwagę ze względu na pewne przewidywania, że ​​może znajdować się na wyspie stabilności , chociaż nowsze obliczenia przewidują, że wyspa faktycznie występuje przy nieco niższej liczbie atomowej, bliższej copernicium i flerovium .

Unbinilium nie zostało jeszcze zsyntetyzowane, pomimo wielokrotnych prób ze strony zespołów niemieckich i rosyjskich. Dowody eksperymentalne z tych prób pokazują, że pierwiastki z okresu 8 byłyby prawdopodobnie znacznie trudniejsze do zsyntetyzowania niż poprzednie znane pierwiastki, a unbinilium może być nawet ostatnim pierwiastkiem, który można zsyntetyzować przy użyciu obecnej technologii.

Pozycja Unbinilium jako siódmego metalu ziem alkalicznych sugeruje, że miałby on podobne właściwości do swoich lżejszych kongenerów ; jednak efekty relatywistyczne mogą powodować, że niektóre jego właściwości będą odbiegać od tych, których można oczekiwać od prostego zastosowania trendów okresowych . Na przykład oczekuje się, że unbinilium będzie mniej reaktywny niż bar i rad i będzie bliższy strontowi , i chociaż powinien wykazywać charakterystyczny stan utlenienia +2 metali ziem alkalicznych, przewiduje się również, że wykaże stan utlenienia +4 , który jest nieznany w żadnym innym metalu ziem alkalicznych.

Wstęp

Graficzne przedstawienie reakcji syntezy jądrowej
Graficzne przedstawienie reakcji syntezy jądrowej . Dwa jądra łączą się w jedno, emitując neutron . Reakcje, które doprowadziły do ​​powstania nowych pierwiastków w tym momencie, były podobne, z tą jedyną możliwą różnicą, że czasami uwalnianych było kilka pojedynczych neutronów lub wcale.
Wideo zewnętrzne
ikona wideo Wizualizacja nieudanej syntezy jądrowej na podstawie obliczeń Australijskiego Uniwersytetu Narodowego

Najcięższe jądra atomowe powstają w reakcjach jądrowych, które łączą dwa inne jądra o nierównej wielkości w jedno; z grubsza im bardziej nierówne są dwa jądra pod względem masy, tym większe prawdopodobieństwo, że oba zareagują. Materiał z cięższych jąder zostaje przerobiony na cel, który jest następnie bombardowany przez wiązkę lżejszych jąder. Dwa jądra mogą się złączyć w jedno tylko wtedy, gdy zbliżą się do siebie wystarczająco blisko; normalnie jądra (wszystkie naładowane dodatnio) odpychają się nawzajem z powodu odpychania elektrostatycznego . Oddziaływanie silne może przezwyciężyć to odpychanie, ale tylko w bardzo niewielkiej odległości od jądra; jądra wiązki są zatem znacznie przyspieszane , aby takie odpychanie było nieznaczne w porównaniu z prędkością jądra wiązki. Samo zbliżenie się nie wystarcza, aby dwa jądra się złączyły: gdy dwa jądra zbliżają się do siebie, zwykle pozostają razem przez około 10-20  sekund, a następnie rozchodzą się (niekoniecznie w tym samym składzie jak przed reakcją) zamiast tworzyć pojedyncze jądro. Jeśli nastąpi fuzja, tymczasowe połączenie – zwane jądrem złożonym – jest stanem wzbudzonym . Aby stracić energię wzbudzenia i osiągnąć bardziej stabilny stan, złożone jądro albo rozszczepia się, albo wyrzuca jeden lub kilka neutronów , które odprowadzają energię. Dzieje się to w około 10-16  sekund po początkowej kolizji.

Wiązka przechodzi przez cel i dociera do następnej komory, separatora; jeśli wytworzone zostanie nowe jądro, jest ono niesione tą wiązką. W separatorze nowo wytworzone jądro jest oddzielane od innych nuklidów (pierwotnej wiązki i wszelkich innych produktów reakcji) i przenoszone do detektora bariery powierzchniowej , który zatrzymuje jądro. Zaznaczona jest dokładna lokalizacja nadchodzącego uderzenia w detektor; zaznaczona jest również jego energia i czas przybycia. Transfer trwa około 10-6  sekund; aby zostać wykrytym, jądro musi przetrwać tak długo. Jądro jest ponownie rejestrowane po zarejestrowaniu jego rozpadu i zmierzeniu lokalizacji, energii i czasu rozpadu.

Stabilność jądra zapewnia oddziaływanie silne. Jednak jego zasięg jest bardzo krótki; w miarę powiększania się jąder jego wpływ na najbardziej zewnętrzne nukleony ( protony i neutrony) słabnie. Jednocześnie jądro jest rozrywane przez odpychanie elektrostatyczne między protonami, ponieważ ma nieograniczony zasięg. Jądra najcięższych pierwiastków są zatem przewidywane teoretycznie i jak dotąd zaobserwowano, że rozpadają się głównie poprzez sposoby rozpadu, które są powodowane przez takie odpychanie: rozpad alfa i spontaniczne rozszczepienie ; tryby te dominują dla jąder pierwiastków superciężkich . Rozpady alfa są rejestrowane przez emitowane cząstki alfa , a produkty rozpadu są łatwe do określenia przed faktycznym rozpadem; jeśli taki rozpad lub seria kolejnych rozpadów wytwarza znane jądro, oryginalny produkt reakcji można wyznaczyć arytmetycznie. Spontaniczne rozszczepienie wytwarza jednak różne jądra jako produkty, więc nie można określić oryginalnego nuklidu na podstawie jego potomków.

Informacjami dostępnymi dla fizyków dążących do syntezy jednego z najcięższych pierwiastków są zatem informacje zbierane przez detektory: położenie, energia i czas przybycia cząstki do detektora oraz jej rozpadu. Fizycy analizują te dane i starają się dojść do wniosku, że rzeczywiście był on spowodowany przez nowy pierwiastek i nie mógł być spowodowany przez inny nuklid niż ten, który twierdził. Często podane dane są niewystarczające do stwierdzenia, że ​​definitywnie powstał nowy element i nie ma innego wytłumaczenia obserwowanych efektów; popełniono błędy w interpretacji danych.

Historia

Elementy transaktynowe, takie jak unbinilium, są wytwarzane przez fuzję jądrową . Te reakcje syntezy jądrowej można podzielić na „gorącą” i „zimną” fuzję, w zależności od energii wzbudzenia wytworzonego jądra złożonego. W reakcjach gorącej fuzji bardzo lekkie, wysokoenergetyczne pociski są przyspieszane w kierunku bardzo ciężkich celów ( aktynowców ), co powoduje powstanie jąder złożonych o wysokiej energii wzbudzenia (~40–50  MeV ), które mogą rozszczepiać się lub alternatywnie wyparowywać kilka (3 do 5) ) neutrony. W reakcjach zimnej fuzji (w których używa się cięższych pocisków, zwykle z czwartego okresu , i lżejszych celów, zwykle ołowiu i bizmutu ), wytworzone jądra skondensowane mają stosunkowo niską energię wzbudzenia (~10–20 MeV), co zmniejsza prawdopodobieństwo, że te produkty ulegną reakcjom rozszczepienia. Gdy skondensowane jądra ochładzają się do stanu podstawowego , wymagają emisji tylko jednego lub dwóch neutronów. Jednak reakcje fuzji na gorąco mają tendencję do wytwarzania większej ilości produktów bogatych w neutrony, ponieważ aktynowce mają najwyższy stosunek neutronów do protonów spośród wszystkich pierwiastków, które można obecnie wytwarzać w ilościach makroskopowych, i jest to obecnie jedyna metoda wytwarzania superciężkich pierwiastków z flerowu (element 114) dalej.

Ununennium i unbinilium (pierwiastki 119 i 120) to pierwiastki o najniższych liczbach atomowych, które nie zostały jeszcze zsyntetyzowane: wszystkie poprzednie pierwiastki zostały zsyntetyzowane, co zakończyło się oganessonem (pierwiastek 118), najcięższym znanym pierwiastkiem, który uzupełnia siódmy rząd układu okresowego. Próby syntezy pierwiastków 119 i 120 przesuwają granice obecnej technologii, ze względu na zmniejszające się przekroje reakcji produkcyjnych i ich prawdopodobnie krótkie okresy półtrwania , które mają być rzędu mikrosekund. Cięższe pierwiastki prawdopodobnie byłyby zbyt krótkotrwałe, aby można je było wykryć za pomocą obecnej technologii: rozpadłyby się w ciągu mikrosekundy, zanim dotrą do detektorów.

Wcześniej ważną pomocą (określaną jako „srebrne kule”) w syntezie superciężkich pierwiastków były zdeformowane otoczki jądrowe wokół has- 270, które zwiększyły stabilność otaczających ją jąder, oraz istnienie quasi-stabilnego, bogatego w neutrony izotopu wapnia- 48, który mógłby zostać wykorzystany jako pocisk do produkcji bardziej bogatych w neutrony izotopów superciężkich pierwiastków. (Im bardziej bogaty w neutrony nuklid superciężki , tym oczekuje się, że znajdzie się bliżej poszukiwanej wyspy stabilności .) Mimo to zsyntetyzowane izotopy wciąż mają mniej neutronów niż te, które powinny znajdować się na wyspie stabilności. Ponadto, przy użyciu wapnia, 48 do syntetyzowania unbinilium wymagałoby cel ferm -257, co nie może jednak być wytwarzany w wystarczająco dużych ilościach (tylko pikogramów mogą być obecnie produkowane, w porównaniu miligramów Berkelium i kaliforn są dostępne), i w w każdym przypadku mają niższą wydajność niż przy użyciu celu einsteinium z pociskami wapnia-48 w celu wytworzenia ununennium. Bardziej praktyczna produkcja dalszych superciężkich pierwiastków wymagałaby pocisków cięższych niż 48 Ca, ale ma to tę wadę, że skutkuje bardziej symetrycznymi reakcjami syntezy, które są chłodniejsze i mają mniejsze szanse powodzenia.

Próby syntezy

Po sukcesie w uzyskaniu oganessonu w wyniku reakcji między 249 Cf i 48 Ca w 2006 r., zespół Wspólnego Instytutu Badań Jądrowych (ZIBJ) w Dubnej rozpoczął podobne eksperymenty w marcu-kwietniu 2007 r., mając nadzieję na stworzenie unbinilium z jąder 58 Fe i 244 Pu . Wstępna analiza wykazała, że ​​nie wytworzono żadnych atomów unbinilium, co zapewnia granicę 400  fb dla przekroju przy badanej energii.

244
94
Pu
+ 58
26
Fe
302
120
Ubn
* → brak atomów

Rosyjski zespół planował zmodernizować swoje obiekty przed ponowną próbą reakcji.

W kwietniu 2007 roku, zespół na Instytut Badań Ciężkich Jonów w Darmstadt w Darmstadt , Niemcy próbowali stworzyć unbinilium użyciem uranu -238 i niklu -64:

238
92
U
+ 64
28
Ni
302
120
Ubn
* → brak atomów

Nie wykryto żadnych atomów, co zapewnia granicę 1,6  pb dla przekroju przy dostarczonej energii. GSI powtórzył eksperyment z wyższą czułością w trzech oddzielnych seriach w okresie kwiecień-maj 2007, styczeń-marzec 2008 i wrzesień-październik 2008, wszystkie z negatywnymi wynikami, osiągając granicę przekroju poprzecznego 90 fb.

W 2011 roku, po unowocześnieniu swojego sprzętu, aby umożliwić użycie bardziej radioaktywnych celów, naukowcy z GSI podjęli próbę raczej asymetrycznej reakcji fuzji:

248
96
Cm
+ 54
24
Cr
302
120
Ubn
* → brak atomów

Spodziewano się, że zmiana reakcji pięciokrotnie zwiększy prawdopodobieństwo syntezy unbinilium, ponieważ wydajność takich reakcji silnie zależy od ich asymetrii. Chociaż reakcja ta jest mniej asymetryczna niż reakcja 249 Cf + 50 Ti, tworzy również więcej bogatych w neutrony izotopów unbinilium, które powinny uzyskać zwiększoną stabilność z powodu ich bliskości zamknięcia powłoki przy N = 184. W dniu 18 maja 2011 r. zaobserwowano trzy sygnały; rozważano możliwość przypisania do 299 Ubn i jego córek, ale nie można było tego potwierdzić, a inna analiza sugerowała, że ​​to, co zaobserwowano, było po prostu przypadkową sekwencją wydarzeń.

W sierpniu i październiku 2011 r. inny zespół w GSI korzystający z obiektu TASCA wypróbował nową, jeszcze bardziej asymetryczną reakcję:

249
98
cf
+ 50
22
Ti
299
120
Ubn
* → brak atomów

Ze względu na asymetrię przewidywano , że reakcja pomiędzy 249 Cf i 50 Ti jest najbardziej korzystną praktyczną reakcją do syntezy unbinilium, chociaż jest ona również nieco zimna i znajduje się dalej od zamknięcia powłoki neutronowej przy N = 184 niż którakolwiek z inne trzy reakcje podjęto. Nie zidentyfikowano atomów unbinilium, co oznacza graniczny przekrój 200 fb. Jens Volker Kratz przewidział, że rzeczywisty maksymalny przekrój do wytwarzania unbinilium w dowolnej z czterech reakcji 238 U+ 64 Ni, 244 Pu+ 58 Fe, 248 Cm+ 54 Cr lub 249 Cf+ 50 Ti wynosi około 0,1 fb; dla porównania, światowy rekord dla najmniejszego przekroju udanej reakcji wyniósł 30 fb dla reakcji 209 Bi( 70 Zn,n) 278 Nh , a Kratz przewidział maksymalny przekrój 20 fb dla wytworzenia ununennium. Jeśli te przewidywania są trafne, synteza ununennium byłaby na granicy obecnej technologii, a synteza unbinilium wymagałaby nowych metod.

Reakcja ta była ponownie badana w kwietniu do września 2012 roku w GSI. W tym eksperymencie wykorzystano tarczę 249 Bk i wiązkę 50 Ti do wytworzenia pierwiastka 119 , ale ponieważ 249 Bk rozpada się do 249 Cf z okresem półtrwania około 327 dni, oba pierwiastki 119 i 120 mogą być wyszukiwane jednocześnie. Nie zidentyfikowano żadnych atomów, co oznacza limit przekroju 200 fb dla reakcji 249 Cf+ 50 Ti.

Rosyjski zespół ze Zjednoczonego Instytutu Badań Jądrowych w Dubnej planował przeprowadzić eksperyment przed 2012 rokiem i nie opublikowano żadnych wyników, co wyraźnie sugeruje, że eksperymentu nie przeprowadzono lub nie zidentyfikowano atomów unbinilium.

Nazewnictwo

Nazewnictwo pierwiastków Mendelejewa dla bezimiennych i nieodkrytych nazwałbym unbinilium eka- radu . W 1979 IUPAC zalecenia tymczasowo nazwać unbinilium (symbol UBN ), dopóki nie zostanie odkryta, odkrycie zostanie potwierdzone i stały nazwa wybrana. Chociaż systematyczne nazwy IUPAC są szeroko stosowane w społeczności chemicznej na wszystkich poziomach, od klas chemii po zaawansowane podręczniki, naukowcy, którzy pracują teoretycznie lub eksperymentalnie nad superciężkimi pierwiastkami, zwykle nazywają go „pierwiastkiem 120” symbolem E120 , (120) lub 120 .

Przewidywane właściwości

Stabilność jądrowa i izotopy

Wykres 2D z prostokątnymi komórkami pokolorowanymi na czarno-białe kolory, rozciągający się od llc do urc, przy czym komórki w większości stają się jaśniejsze, bliżej tego ostatniego
Wykres stabilności nuklidów wykorzystany przez zespół Dubnej w 2010 roku. Charakterystyczne izotopy pokazano z ramkami. Oczekuje się, że poza pierwiastkiem 118 (oganesson, ostatni znany pierwiastek) linia znanych nuklidów szybko wejdzie w obszar niestabilności, bez okresów półtrwania w ciągu jednej mikrosekundy po elemencie 121. Region eliptyczny obejmuje przewidywane położenie wyspy stabilność.
Orbitale o wysokiej azymutalnej liczbie kwantowej mają podniesioną energię, eliminując to, co w przeciwnym razie byłoby przerwą w energii orbitalnej, odpowiadającą zamkniętej powłoce protonowej w elemencie 114, jak pokazano na lewym schemacie, który nie uwzględnia tego efektu. To podnosi następną powłokę protonową do obszaru wokół pierwiastka 120, jak pokazano na prawym diagramie, potencjalnie zwiększając okresy półtrwania izotopów pierwiastków 119 i 120.

Stabilność jąder znacznie spada wraz ze wzrostem liczby atomowej po Curium , element 96, którego czas połowicznego rozpadu wynosi cztery rzędy wielkości dłuższy niż znane aktualnie elementu wyższej numerowanej. Wszystkie izotopy o liczbie atomowej powyżej 101 ulegają rozpadowi radioaktywnemu z okresem półtrwania krótszym niż 30 godzin. Żadne pierwiastki o liczbie atomowej powyżej 82 (po ołowiu ) nie mają stabilnych izotopów. Niemniej jednak, z przyczyn jeszcze nie do końca poznanych, następuje nieznaczny wzrost stabilności jądrowej wokół liczby atomowej 110114 , co prowadzi do pojawienia się czegoś, co w fizyce jądrowej znane jest jako „ wyspa stabilności ”. Ta koncepcja, zaproponowana przez profesora Uniwersytetu Kalifornijskiego Glenna Seaborga , wyjaśnia, dlaczego superciężkie elementy trwają dłużej niż przewidywano.

Przewiduje się, że izotopy unbinilium mają okresy połowicznego rozpadu alfa rzędu mikrosekund . W modelu tunelowania kwantowego z szacunkami masy z modelu makroskopowo-mikroskopowego, okresy połowicznego rozpadu alfa kilku izotopów unbinilium ( 292-304 Ubn) zostały przewidziane na około 1-20 mikrosekund. Niektóre cięższe izotopy mogą być bardziej stabilne; Fricke i Waber przewidzieli, że 320 Ubn będzie najbardziej stabilnym izotopem unbinilium w 1971 roku. Ponieważ oczekuje się, że unbinilium rozpadnie się poprzez kaskadę rozpadów alfa prowadzących do spontanicznego rozszczepienia wokół koperniku , przewiduje się również, że całkowity okres półtrwania izotopów unbinilium będzie mierzony w mikrosekundy. Ma to konsekwencje dla syntezy unbinilium, ponieważ izotopy o okresie półtrwania poniżej jednej mikrosekundy rozpadłyby się przed dotarciem do detektora. Niemniej jednak nowe modele teoretyczne pokazują, że oczekiwana przerwa w energii między orbitalami protonowymi 2f 7/2 (wypełniona w elemencie 114) i 2f 5/2 (wypełniona w elemencie 120) jest mniejsza niż oczekiwano, tak że pierwiastek 114 nie wydaje się już być stabilną sferyczną zamkniętą powłoką jądrową, a ta przerwa energetyczna może zwiększyć stabilność pierwiastków 119 i 120. Oczekuje się, że następne podwójnie magiczne jądro będzie teraz wokół sferycznego 306 Ubb (pierwiastek 122), ale oczekiwany niski okres półtrwania i niski przekrój produkcji tego nuklidu sprawia, że ​​jego synteza jest trudna.

Biorąc pod uwagę, że pierwiastek 120 wypełnia orbital protonowy 2f 5/2 , wiele uwagi poświęcono jądru złożonego 302 Ubn* i jego właściwościom. W latach 2000-2008 przeprowadzono kilka eksperymentów w Laboratorium Reakcji Jądrowych Flerowa w Dubnej, badając charakterystykę rozszczepienia jądra złożonego 302 Ubn*. Zastosowano dwie reakcje jądrowe, a mianowicie 244 Pu+ 58 Fe i 238 U+ 64 Ni. Wyniki ujawniły, w jaki sposób jądra, takie jak to rozszczepienie, głównie poprzez usuwanie jąder o zamkniętej powłoce, takich jak 132 Sn ( Z  = 50, N  = 82). Stwierdzono również, że wydajność szlaku rozszczepienia jądrowego była podobna dla pocisków 48 Ca i 58 Fe, co sugeruje możliwe przyszłe użycie pocisków 58 Fe w formowaniu superciężkich pierwiastków.

W 2008 r. zespół z GANIL we Francji opisał wyniki nowej techniki, która ma na celu zmierzenie okresu połowicznego rozszczepienia jądra złożonego przy wysokiej energii wzbudzenia, ponieważ uzyski są znacznie wyższe niż w przypadku kanałów odparowywania neutronów. Jest to również użyteczna metoda badania wpływu zamknięć powłok na przeżywalność jąder złożonych w regionie superciężkim, co może wskazywać dokładną pozycję następnej powłoki protonowej ( Z  = 114, 120, 124 lub 126). Zespół zbadał reakcję syntezy jądrowej między jonami uranu a celem z naturalnego niklu:

238
92
U
+ na
28
Ni
296 298 299 300 302
120
Ubn
* → rozszczepienie

Wyniki wskazują, że jądra unbinilium były wytwarzane przy wysokiej (~70 MeV) energii wzbudzenia, które ulegały rozszczepieniu z mierzalnym okresem półtrwania nieco ponad 10-18 s. Chociaż bardzo krótki (w rzeczywistości niewystarczający, aby pierwiastek został uznany przez IUPAC za istnienie, ponieważ jądro złożone nie ma struktury wewnętrznej, a jego nukleony nie zostały ułożone w powłoki, dopóki nie przetrwają 10-14  s, kiedy tworzą chmurę elektronową ), możliwość pomiaru takiego procesu wskazuje na silny efekt powłoki przy Z  = 120. Przy niższej energii wzbudzenia (patrz parowanie neutronów) efekt powłoki będzie wzmocniony i można oczekiwać, że jądra stanu podstawowego będą miały stosunkowo długą połowę -zyje. Ten wynik może częściowo wyjaśnić stosunkowo długi okres półtrwania 294 Og zmierzony w eksperymentach w Dubnej. Podobne eksperymenty wykazały podobne zjawisko w pierwiastku 124, ale nie w przypadku flerowu , co sugeruje, że następna powłoka protonowa w rzeczywistości leży poza pierwiastkiem 120. We wrześniu 2007 r. zespół RIKEN rozpoczął program wykorzystujący cele 248 cm i wskazał przyszłe eksperymenty w celu zbadać możliwość, że 120 jest następną magiczną liczbą protonów (a 184 jest następną magiczną liczbą neutronów) wykorzystując wspomniane reakcje jądrowe do utworzenia 302 Ubn*, a także 248 Cm+ 54 Cr. Zaplanowali również dalsze mapowanie regionu, badając pobliskie jądra złożone 296 Og*, 298 Og*, 306 Ubb* i 308 Ubb*.

Atomowe i fizyczne

Przewiduje się, że jako pierwiastek drugiego okresu 8 , unbinilium jest metalem ziem alkalicznych, poniżej berylu , magnezu , wapnia , strontu , baru i radu . Każdy z tych elementów składa się z dwóch elektronów walencyjnych w najdalszym s orbitalnej (wartościowość układ elektronów n e 2 ), który jest łatwo utracone w reakcjach chemicznych, które tworzą +2 stopniu utlenienia ; tak metali ziem alkalicznych są raczej reaktywne elementy, z wyjątek berylu ze względu na jego mały rozmiar. Przewiduje się, że unbinilium będzie kontynuować trend i będzie mieć konfigurację elektronów walencyjnych 8s 2 . Dlatego oczekuje się, że będzie zachowywał się podobnie jak jego lżejsze kongenery ; jednak przewiduje się również, że różni się od lżejszych metali ziem alkalicznych niektórymi właściwościami.

Głównym powodem przewidywanych różnic między unbinilium a innymi metalami ziem alkalicznych jest oddziaływanie spin-orbita (SO) — wzajemne oddziaływanie między ruchem elektronów a spinem . Oddziaływanie SO jest szczególnie silne w przypadku superciężkich pierwiastków, ponieważ ich elektrony poruszają się szybciej — z prędkością porównywalną z prędkością światła — niż te w lżejszych atomach. W atomach unbinilium obniża poziom energii elektronów 7p i 8s, stabilizując odpowiednie elektrony, ale dwa z poziomów energii elektronów 7p są bardziej ustabilizowane niż pozostałe cztery. Efekt ten nazywa się dzieleniem podpowłoki, ponieważ dzieli podpowłokę 7p na bardziej ustabilizowane i mniej ustabilizowane części. Chemicy obliczeniowi rozumieją rozszczepienie jako zmianę drugiej ( azymutalnej ) liczby kwantowej l z 1 na 1/2 i 3/2 odpowiednio dla bardziej i mniej stabilizowanych części podpowłoki 7p. W ten sposób zewnętrzne elektrony 8s unbinilium są stabilizowane i stają się trudniejsze do usunięcia niż oczekiwano, podczas gdy elektrony 7p 3/2 są odpowiednio destabilizowane, być może umożliwiając im udział w reakcjach chemicznych. Ta stabilizacja najbardziej zewnętrznego orbitalu s (już istotna w przypadku radu) jest kluczowym czynnikiem wpływającym na chemię unbinilium i powoduje, że wszystkie trendy atomowych i molekularnych właściwości metali ziem alkalicznych odwracają kierunek za barem.

Empiryczne (Na–Cs, Mg–Ra) i przewidywane (Fr–Uhp, Ubn–Uhh) promienie atomowe metali alkalicznych i ziem alkalicznych od trzeciego do dziewiątego okresu , mierzone w angstremach
Empiryczna (Na–Fr, Mg–Ra) i przewidywana (Uue–Uhp, Ubn–Uhh) energia jonizacji metali alkalicznych i ziem alkalicznych od trzeciego do dziewiątego okresu, mierzona w elektronowoltach

Ze względu na stabilizację zewnętrznych elektronów 8s, przewiduje się, że pierwsza energia jonizacji unbinilium – energia wymagana do usunięcia elektronu z neutralnego atomu – wynosi 6,0 eV, porównywalna do energii wapnia. Przewiduje się, że elektron podobnego do wodoru atomu unbinilium – utleniony tak, że ma tylko jeden elektron, Ubn 119+ – porusza się tak szybko, że jego masa jest 2,05 razy większa od masy nieruchomego elektronu, co jest efektem efektów relatywistycznych . Dla porównania, liczba dla wodoropodobnego radu wynosi 1,30, a liczba dla wodoropodobnego baru to 1,095. Zgodnie z prostymi ekstrapolacjami praw względności, które pośrednio wskazują na skrócenie promienia atomu do około 200  pm , bardzo blisko promienia strontu (215 pm); promień jonowy Spośród UBN 2+ jonu odpowiednio również obniżono do 160 pm. Oczekuje się, że trend w powinowactwie elektronowym odwróci kierunek podobnie w przypadku radu i unbinilium.

Unbinilium powinno być ciałem stałym w temperaturze pokojowej, o temperaturze topnienia 680 °C: kontynuuje to tendencję spadkową w grupie, będącą niższą niż wartość 700 °C dla radu. Oczekuje się, że temperatura wrzenia unbinilium wyniesie około 1700 °C, czyli jest niższa niż wszystkich poprzednich pierwiastków w grupie (w szczególności rad wrze w temperaturze 1737 °C), zgodnie z okresowym trendem spadkowym. Przewiduje się, że gęstość unbinilium wynosi 7 g/cm 3 , kontynuując tendencję wzrostu gęstości w dół grupy: wartość dla radu wynosi 5,5 g/cm 3 .

Chemiczny

Długości wiązań i energie dysocjacji wiązań dimerów metali ziem alkalicznych. Przewiduje się dane dla Ba 2 , Ra 2 i Ubn 2 .
Pogarszać Długość
wiązania (Å)

Energia dysocjacji wiązań (eV)
Ca 2 4.277 0,14
Sr 2 4.498 0,13
Ba 2 4,831 0,23
Ra 2 5.19 0,11
Ubn 2 5.65 0,02

Przewiduje się, że chemia unbinilium jest podobna do chemii metali ziem alkalicznych, ale prawdopodobnie zachowywałaby się bardziej jak wapń lub stront niż bar lub rad. Podobnie jak stront, unbinilium powinien reagować energicznie z powietrzem tworząc tlenek (UbnO) iz wodą tworząc wodorotlenek (Ubn(OH) 2 ), który byłby mocną zasadą i uwalniał wodór . Należy również reagować z halogenów do tworzą sole, takie jak UbnCl 2 . Chociaż reakcje te można by oczekiwać od trendów okresowych , ich obniżona intensywność jest nieco niezwykła, ponieważ ignorując efekty relatywistyczne, trendy okresowe przewidywałyby, że unbinilium będzie jeszcze bardziej reaktywne niż bar lub rad. Ta obniżona reaktywność wynika z relatywistycznej stabilizacji elektronu walencyjnego unbinilium, zwiększając pierwszą energię jonizacji unbinilium i zmniejszając promienie metaliczne i jonowe ; ten efekt jest już widoczny dla radu. chemia unbinilium na +2 stopniu utlenienia powinna być bardziej podobna do chemii strontu niż radu. Z drugiej strony przewiduje się , że promień jonowy jonu Ubn 2+ jest większy niż promień Sr 2+ , ponieważ orbitale 7p są zdestabilizowane, a zatem są większe niż orbitale p niższych powłok. Unbinilium może również wykazywać stopień utlenienia +4 , którego nie widać w żadnym innym metalu ziem alkalicznych, oprócz stanu utlenienia +2, który jest charakterystyczny dla innych metali ziem alkalicznych i jest również głównym stanem utlenienia wszystkich znanych metali ziem alkalicznych metale ziem: dzieje się tak z powodu destabilizacji i ekspansji spinora 7p 3/2 , powodującego, że jego najbardziej zewnętrzne elektrony mają niższą energię jonizacji, niż można by się tego spodziewać. Stan +1 może być również izolowany. Oczekuje się, że wiele związków unbinilium będzie miało duży charakter kowalencyjny , ze względu na udział elektronów 7p 3/2 w wiązaniu: efekt ten jest również obserwowany w mniejszym stopniu w przypadku radu, który wykazuje pewien udział 6s i 6p 3/2 w wiązanie w fluorku radu (RaF 2 ) i astatide (rAAT 2 ), w wyniku czego te związki o charakterze bardziej kowalencyjnego. Przewiduje się, że standardowy potencjał redukcyjny pary Ubn 2+ /Ubn wynosi -2,9 V, co jest prawie dokładnie taki sam jak dla pary Sr 2+ /Sr strontu (-2,899 V).

Długości wiązań i energie dysocjacji wiązań MAu (M = metal ziem alkalicznych). Przewiduje się wszystkie dane, z wyjątkiem CaAu.
Pogarszać Długość
wiązania (Å)

Energia dysocjacji wiązania (kJ/mol)
CaAu 2,67 2,55
SrAu 2,808 2,63
BaAu 2,869 3,01
RaAu 2,995 2,56
UbnAu 3.050 1,90

W fazie gazowej metale ziem alkalicznych zwykle nie tworzą kowalencyjnie związanych cząsteczek dwuatomowych, tak jak metale alkaliczne, ponieważ takie cząsteczki miałyby taką samą liczbę elektronów na orbitalach wiążących i antywiążących i miałyby bardzo niskie energie dysocjacji . Tak więc wiązanie M-M w tych cząsteczkach odbywa się głównie dzięki siłom van der Waalsa . Długość wiązań metal-metal w tych cząsteczkach M 2 wzrasta w dół grupy od Ca 2 do Ubn 2 . Z drugiej strony, ich energie dysocjacji wiązań metal-metal generalnie wzrastają od Ca 2 do Ba 2, a następnie spadają do Ubn 2 , które powinno być najsłabiej związane ze wszystkich homodiatomowych cząsteczek grupy 2. Przyczyną tego trendu jest rosnący udział elektronów p 3/2 i d oraz relatywistycznie skrócony orbital s. Z tych M 2 energii dysocjacji The entalpia sublimacjiH Sub ) z unbinilium przewiduje się, że wynosi 150 kJ / mol.

Długości wiązań, częstotliwość harmoniczna, anharmoniczność drgań i energie dysocjacji wiązań MH i MAu (M = metal ziem alkalicznych). Przewiduje się dane dla UbnH i UbnAu. Dane dla BaH pochodzą z eksperymentu, z wyjątkiem energii dysocjacji wiązania. Dane dla BaAu pochodzą z eksperymentu, z wyjątkiem energii dysocjacji wiązania i długości wiązania.
Pogarszać Długość
wiązania (Å)

Częstotliwość harmoniczna ,
cm- 1

Anharmonia drgań ,
cm- 1

Energia dysocjacji wiązań (eV)
UbnH 2,38 1070 20,1 1,00
BaH 2,23 1168 14,5 2,06
UbnAu 3,03  100  0,13 1.80
BaAu 2,91  129  0,18 2,84

Wiązanie Ubn- Au powinno być najsłabszym ze wszystkich wiązań między złotem a metalem ziem alkalicznych, ale nadal powinno być stabilne. Daje to ekstrapolowane średnie entalpie adsorpcji (-Δ H ads ) wynoszące 172 kJ/mol na złocie (wartość radu powinna wynosić 237 kJ/mol) i 50 kJ/mol na srebrze , najmniejszym spośród wszystkich metali ziem alkalicznych, które wykazać, że wykonalne byłoby badanie adsorpcji chromatograficznej unbinilium na powierzchniach wykonanych z metali szlachetnych . Δ H sub i -Δ H ogłoszenia wartości korelacji dla metali ziem alkalicznych.

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Bibliografia