Unbihexium - Unbihexium

Unbihexium,  126 Ubh
Unbihexium
Výslovnost / ˌ U n b h ɛ k y i ə m / ( OON -by- Heks -EE-em )
Alternativní názvy prvek 126, eka-plutonium
Unbihexium v periodické tabulce
Vodík Hélium
Lithium Berýlium Bor Uhlík Dusík Kyslík Fluor Neon
Sodík Hořčík Hliník Křemík Fosfor Síra Chlór Argon
Draslík Vápník Skandium Titan Vanadium Chrom Mangan Žehlička Kobalt Nikl Měď Zinek Gallium Germanium Arsen Selen Bróm Krypton
Rubidium Stroncium Yttrium Zirkonium Niob Molybden Technecium Ruthenium Rhodium Palladium stříbrný Kadmium Indium Cín Antimon Telur Jód Xenon
Cesium Baryum Lanthan Cer Praseodymium Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platina Zlato Rtuť (prvek) Thalium Vést Vizmut Polonium Astat Radon
Francium Rádium Actinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Americium Kurium Berkelium Kalifornium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Draslík Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Ununennium Unbinilium
Unquadtrium Unquadquadium Unquadpentium Unquadhexium Unquadseptium Unquadoctium Unquadennium Unpentnilium Unpentunium Unpentbium Unpenttrium Unpentquadium Unpentpentium Unpenthexium Unpentseptium Unpentoctium Unpentennium Unhexnilium Unhexunium Unhexbium Unhextrium Unhexquadium Unhexpentium Unhexhexium Unhexseptium Unhexoctium Unhexennium Unseptnilium Unseptunium Unseptbium
Unbiunium Unbibium Unbitrium Unbiquadium Unbipentium Unbihexium Unbiseptium Unbioctium Unbiennium Untrinilium Untriunium Untribium Untritrium Untriquadium Untripentium Untrihexium Untriseptium Untrioctium Untriennium Unquadnilium Unquadunium Unquadbium
-

Ubh

-
unbipentium unbihexium unbiseptium
Atomové číslo ( Z ) 126
Skupina n / a
Doba období 8
Blok   g-blok
Konfigurace elektronů předpovědi se liší, viz text
Fyzikální vlastnosti
neznámý
Atomové vlastnosti
Oxidační stavy (+1), (+2), ( +4 ), ( +6 ), ( +8 ) (předpokládané)
Další vlastnosti
Číslo CAS 54500-77-5
Dějiny
Pojmenování Systematický název prvku IUPAC
| Reference

Unbihexium , také známý jako prvek 126 nebo eka-plutonium , je hypotetický chemický prvek s atomovým číslem 126 a zástupným symbolem Ubh. Unbihexium a Ubh jsou dočasný název a symbol IUPAC , dokud není prvek objeven, potvrzen a není rozhodnuto o trvalém jménu. V periodické tabulce se očekává, že unbihexium bude superaktinidem bloku g a osmým prvkem v 8. období . Unbihexium přitahovalo pozornost jaderných fyziků, zejména v časných předpovědích zaměřených na vlastnosti supertěžkých prvků, protože 126 může být magickým počtem protonů blízko středu ostrova stability , což vede k delším poločasům, zejména u 310 Ubh nebo 354 Ubh které mohou mít také magický počet neutronů.

Časný zájem o možnou zvýšenou stabilitu vedl k prvnímu pokusu o syntézu unbihexia v roce 1971 a v následujících letech ji hledal v přírodě. Navzdory několika hlášeným pozorováním novější studie naznačují, že tyto experimenty nebyly dostatečně citlivé; proto nebyl nalezen žádný unbihexium přirozeně ani uměle. Předpovědi stability unbihexia se u různých modelů velmi liší; někteří navrhnou ostrov stability mohou namísto toho ležet v nižším atomovým číslem, blíže k kopernicium a flerovium .

Unbihexium se předpokládá, že chemicky aktivní superactinide, vykazující řadu oxidačních stavů +1 až +8, a případně je těžší obdoba z plutonia . Očekává se také překrytí energetických hladin orbitalů 5g, 6f, 7d a 8p, což komplikuje předpovědi chemických vlastností tohoto prvku.

Úvod

Grafické znázornění reakce jaderné fúze
Grafické znázornění reakce jaderné fúze . Dvě jádra se spojí do jednoho a vyzařují neutron . Reakce, které do této chvíle vytvořily nové prvky, byly podobné, s jediným možným rozdílem, že někdy bylo uvolněno několik singulárních neutronů, nebo vůbec žádné.
Externí video
ikona videa Vizualizace neúspěšné jaderné fúze na základě výpočtů Australian National University

Nejtěžší atomová jádra jsou vytvářena jadernými reakcemi, které spojují dvě další jádra nestejné velikosti do jednoho; zhruba, čím nerovnější jsou dvě jádra z hlediska hmotnosti, tím větší je možnost, že tato dvě jádra reagují. Materiál vyrobený z těžších jader je vyroben do cíle, který je poté bombardován paprskem lehčích jader. Dvě jádra se mohou spojit do jednoho, pouze pokud se k sobě dostatečně přiblíží; normálně se jádra (všechna kladně nabitá) navzájem odpuzují kvůli elektrostatickému odpuzování . Silná interakce může překonat tento odpor, ale jen ve velmi krátké vzdálenosti od jádra; jádra paprsku jsou tak značně zrychlena , aby bylo takové odpuzování nevýznamné ve srovnání s rychlostí jádra paprsku. Samotné přiblížení nestačí na to, aby se dvě jádra spojila: když se dvě jádra přiblíží k sobě, obvykle zůstávají pohromadě přibližně 10–20  sekund a poté se rozdělí (ne nutně ve stejném složení jako před reakcí), místo aby vytvořila jediné jádro. Pokud dojde k fúzi, je dočasné sloučení - nazývané složené jádro - vzrušeným stavem . Aby složené jádro ztratilo svoji excitační energii a dosáhlo stabilnějšího stavu, buď štěpí, nebo vysune jeden nebo několik neutronů , které energii odnášejí. K tomu dochází přibližně za 10–16  sekund po počáteční srážce.

Paprsek prochází cílem a dosáhne další komory, separátoru; pokud je vytvořeno nové jádro, je neseno tímto paprskem. V separátoru je nově vytvořené jádro odděleno od ostatních nuklidů (původního paprsku a jiných reakčních produktů) a přeneseno do detektoru povrchové bariéry , který zastaví jádro. Je označeno přesné umístění nadcházejícího dopadu na detektor; označeny jsou také jeho energie a čas příjezdu. Přenos trvá asi 10 −6  sekund; aby bylo možné jej detekovat, musí jádro tak dlouho přežít. Jakmile je zaregistrován jeho rozpad, jádro se znovu zaznamená a změří se umístění, energie a čas rozpadu.

Stabilita jádra je zajištěna silnou interakcí. Jeho dosah je však velmi krátký; jak se jádra zvětšují, jeho vliv na nejvzdálenější nukleony ( protony a neutrony) slabne. Zároveň je jádro roztrženo elektrostatickým odporem mezi protony, protože má neomezený rozsah. Jádra nejtěžších prvků jsou tedy teoreticky předpovězena a dosud bylo pozorováno, že se primárně rozpadají prostřednictvím režimů rozpadu, které jsou způsobeny takovým odpuzováním: rozpad alfa a spontánní štěpení ; tyto režimy jsou převládající pro jádra supertěžkých prvků . Rozpady alfa jsou registrovány emitovanými částicemi alfa a produkty rozpadu lze snadno určit před skutečným rozpadem; jestliže takový rozpad nebo řada po sobě jdoucích rozpadů vytvoří známé jádro, lze původní produkt reakce určit aritmeticky. Spontánní štěpení však produkuje různá jádra jako produkty, takže původní nuklid nelze určit z jeho dcer.

Informace dostupné fyzikům, kteří mají v úmyslu syntetizovat jeden z nejtěžších prvků, jsou tedy informace shromážděné u detektorů: umístění, energie a čas příchodu částice k detektoru a informace o jejím rozpadu. Fyzici analyzují tato data a usilují o závěr, že byla skutečně způsobena novým prvkem a nemohla být způsobena jiným nuklidem, než jaký tvrdil. Poskytnuté údaje často nestačí k závěru, že byl definitivně vytvořen nový prvek a neexistuje žádné jiné vysvětlení pozorovaných účinků; došlo k chybám při interpretaci dat.

Dějiny

Pokusy o syntézu

První a jediný pokus o syntézu unbihexia, který byl neúspěšný, provedli v roce 1971 v CERNu (Evropská organizace pro jaderný výzkum) René Bimbot a John M. Alexander pomocí reakce horké fúze :

232
90
Čt
+ 84
36
Kr
316
126
Ubh
* → žádné atomy

Byly pozorovány vysokoenergetické (13-15 MeV ) alfa částice a byly brány jako možný důkaz pro syntézu unbihexia. Následné neúspěšné experimenty s vyšší citlivostí naznačují, že citlivost 10 mb tohoto experimentu byla příliš nízká; proto byla tvorba unbihexiových jader v této reakci považována za vysoce nepravděpodobnou.

Možný přirozený výskyt

Studie z roku 1976 skupina amerických vědců z několika univerzit navrhuje, aby prvotní superheavy prvky, hlavně livermorium , unbiquadium , unbihexium a unbiseptium, s poločasem přesahující 500 milionů let by mohlo být příčinou nevysvětlitelné radiačního poškození (zejména radiohalos ) v minerály. To vedlo mnoho vědců k jejich hledání v přírodě v letech 1976 až 1983. Skupina vedená Tomem Cahillem, profesorem na Kalifornské univerzitě v Davisu , v roce 1976 tvrdila, že detekovala alfa částice a rentgenové paprsky se správnou energií způsobit pozorované poškození a podporovat přítomnost těchto prvků, zejména unbihexia. Jiní tvrdili, že nikdo nebyl detekován, a zpochybnili navrhované vlastnosti prvotních superheavy jader. Zejména uvedli, že magické číslo N = 228 nezbytné pro zvýšenou stabilitu vytvoří neutronově nadměrné jádro v unbihexiu, které nemusí být beta-stabilní , ačkoli několik výpočtů naznačuje, že 354 Ubh může být skutečně stabilní proti rozpadu beta . Bylo také navrženo, aby byla tato aktivita způsobena nukleárními transmutacemi v přírodním ceru , což zvyšuje další nejednoznačnost tohoto tvrzeného pozorování supertěžkých prvků.

Unbihexium dostalo v těchto vyšetřováních zvláštní pozornost, protože jeho spekulované umístění na ostrově stability může zvýšit jeho hojnost ve srovnání s jinými supertěžkými prvky. Předpokládá se, že jakýkoli přirozeně se vyskytující unbihexium je chemicky podobný plutoniu a může existovat s prvotním 244 Pu v minerálu bastnäsite vzácných zemin . Zejména se předpokládá, že plutonium a unbihexium mají podobné valenční konfigurace, což vede k existenci unbihexia v oxidačním stavu +4 . Pokud by se tedy unbihexium vyskytovalo přirozeně, je možné ho extrahovat pomocí podobných technik pro akumulaci ceru a plutonia. Unbihexium by také mohlo existovat v monazitu s jinými lanthanidy a aktinidy, které by byly chemicky podobné. Nedávná pochybnost o existenci prvotního 244 Pu vrhá nejistotu na tyto předpovědi, protože neexistence (nebo minimální existence) plutonia v bastnäsite znemožní možnou identifikaci unbihexia jako jeho těžšího kongenera.

Možný rozsah prvotních těžkých prvků na Zemi je dnes nejistý. I když se potvrdí, že už dávno způsobili radiační škody, mohly by se nyní rozpadnout na pouhé stopy nebo dokonce úplně zmizet. Rovněž není jisté, zda mohou být taková těžká jádra vůbec přirozeně produkována, protože se očekává , že spontánní štěpení ukončí r-proces odpovědný za tvorbu těžkých prvků mezi hmotností číslo 270 a 290, mnohem dříve, než mohou vzniknout prvky, jako je unbihexium.

Nedávná hypotéza se pokouší vysvětlit spektrum Przybylského hvězdy přirozeně se vyskytujícím fleroviem , unbiniliem a unbihexiem.

Pojmenování

Podle doporučení IUPAC z roku 1979 by měl být prvek dočasně nazýván unbihexium (symbol Ubh ), dokud není objeven, je potvrzen objev a není vybráno trvalé jméno. Ačkoli jsou široce používány v chemické komunitě na všech úrovních, od učeben chemie po pokročilé učebnice, doporučení jsou většinou ignorována mezi vědci, kteří pracují teoreticky nebo experimentálně na supertěžkých prvcích, kteří to nazývají „prvek 126“, se symbolem E126 , (126) nebo 126 . Někteří vědci také označovali unbihexium jako eka-plutonium , což je název odvozený od systému, který Dmitrij Mendělejev předpovídal neznámé prvky, ačkoli takováto extrapolace nemusí fungovat u prvků g-bloku bez známých kongenerů a místo toho by odkazovalo eka-plutonium k prvku 146 nebo 148, pokud se tímto termínem rozumí prvek přímo pod plutoniem.

Obtíže při syntéze

Každý prvek od mendelevia kupředu byl vyroben fúzně -odpařovacími reakcemi, které vyvrcholily objevením nejtěžšího známého prvku oganesson v roce 2002 a naposledy tennessinu v roce 2010. Tyto reakce se blížily hranici současné technologie; například syntéza tennessinu vyžadovala 22 miligramů 249 Bk a intenzivní paprsek 48 Ca po dobu šesti měsíců. Intenzita paprsků ve výzkumu těžkých prvků nemůže překročit 10 12 střel za sekundu bez poškození cíle a detektoru a produkce většího množství stále vzácnějších a nestabilních aktinidových cílů je nepraktická. V důsledku toho musí být budoucí experimenty prováděny v zařízeních, jako je továrna na výrobu superheavy prvků ve výstavbě (SHE-factory) ve Společném ústavu pro jaderný výzkum (JINR) nebo RIKEN , což umožní experimentům běžet po delší dobu se zvýšenými detekčními schopnostmi a umožnit jinak nepřístupné reakce. I tak bude pravděpodobně velkou výzvou syntetizovat prvky nad unbinilium (120) nebo unbiunium (121), vzhledem k jejich krátkým předpokládaným poločasům a nízkým předpokládaným průřezům .

Bylo navrženo, že fúzní odpařování nebude možné dosáhnout unbihexia. Protože 48 Ca nelze použít za prvky 118 nebo případně 119, jedinou alternativou je zvýšení atomového čísla střely nebo studium symetrických nebo téměř symetrických reakcí. Jeden výpočet naznačuje, že průřez pro výrobu unbihexia z 249 Cf a 64 Ni může být až o devět řádů nižší než detekční limit; tyto výsledky také naznačuje nepozorování unbinilium a unbibium v reakcích s těžšími projektily a experimentálními limity průřezu. Pokud Z  = 126 představuje uzavřený protonový obal, mohou mít složená jádra větší pravděpodobnost přežití a použití 64 Ni může být proveditelnější pro produkci jader se 122 <  Z  <126, zejména pro složená jádra poblíž uzavřeného obalu při N  = 184. Průřez však nemusí překročit 1  fb , což představuje překážku, kterou lze překonat pouze s citlivějším vybavením.

Předpokládané vlastnosti

Jaderná stabilita a izotopy

Tento jaderný graf používaný Japonskou agenturou pro atomovou energii předpovídá režimy rozpadu jader až do Z  = 149 a N  = 256. Při Z  = 126 (vpravo nahoře) prochází linie beta stability oblastí nestability směrem k spontánnímu štěpení ( poločasy méně než 1 nanosekundu ) a zasahuje do „mysu“ stability poblíž  uzávěru pláště N = 228, kde může existovat ostrov stability soustředěný na možná dvojnásobně magický izotop 354 Ubh.
Tento diagram zobrazuje mezery ulity v modelu jaderného granátu. Mezery v plášti se vytvářejí, když je zapotřebí více energie k dosažení pláště na další vyšší energetické úrovni, což má za následek obzvláště stabilní konfiguraci. U protonů odpovídá mezera skořápky při Z  = 82 vrcholu stability na olovu, a přestože existuje nesouhlas s magičností Z  = 114 a Z  = 120, skořepinová mezera se objevuje při Z  = 126, což naznačuje, že může existovat být uzávěrem protonové skořepiny na unbihexiu.

Rozšíření modelu jaderného pláště předpovídala, že další magická čísla po Z  = 82 a N  = 126 (což odpovídá 208 Pb , nejtěžšímu stabilnímu jádru ) byla Z  = 126 a N  = 184, což činí 310 Ubh dalším kandidátem na dvojnásobnou magii jádro. Tyto spekulace vedly k zájmu o stabilitu unbihexia již v roce 1957; Gertrude Scharff Goldhaber byla jednou z prvních fyziků, kteří předpověděli oblast zvýšené stability v blízkosti unbihexia a pravděpodobně i na něj. Tuto představu o „ ostrově stability “, který zahrnuje superheavy jádra s delší životností, popularizoval profesor Kalifornské univerzity Glenn Seaborg v 60. letech.

V této oblasti periodické tabulky byly N  = 184 a N  = 228 navrženy jako uzavřené neutronové skořápky a různá atomová čísla, včetně Z = 126, byla navržena jako uzavřené protonové skořápky. Rozsah stabilizačních účinků v oblasti unbihexia je však nejistý kvůli předpovědím posunu nebo oslabení uzávěru protonové skořápky a možné ztrátě dvojí magie . Novější výzkum předpovídá, že ostrov stability bude místo toho soustředěn na beta-stabilní izotopy copernicium ( 291 Cn a 293 Cn) nebo flerovium ( Z  = 114), které by unbihexium umístily vysoko nad ostrov a vedly ke krátkým poločasům bez ohledu na to skořápkových efektů.

Dřívější modely naznačovaly existenci jaderných izomerů s dlouhou životností odolných vůči spontánnímu štěpení v oblasti poblíž 310 Ubh, s poločasy řádově miliony nebo miliardy let. Přísnější výpočty však již v 70. letech přinesly rozporuplné výsledky; nyní se věří, že ostrov stability není soustředěn na 310 Ubh, a proto nezvýší stabilitu tohoto nuklidu. Místo toho je 310 Ubh považováno za velmi neutronově deficitní a náchylné k rozpadu alfa a spontánnímu štěpení za méně než mikrosekundu a může dokonce ležet na nebo za protonovou odkapávací linií . Výpočet vlastností rozpadu 288–339 Ubh z roku 2016 tyto předpovědi potvrzuje; izotopy lehčí než 313 Ubh (včetně 310 Ubh) mohou skutečně ležet za odkapávací hranicí a rozpadat se emisí protonů , 313-327 Ubh se bude rozpadat alfa, pravděpodobně dosáhne izotopů flerovium a livermorium a těžší izotopy se rozpadnou spontánním štěpením . Tato studie a model kvantového tunelování předpovídají poločasy rozpadu alfa za mikrosekundu pro izotopy lehčí než 318 Ubh, což je znemožňuje experimentální identifikaci. Izotopy 318-327 Ubh tedy mohou být syntetizovány a detekovány, a mohou dokonce tvořit oblast zvýšené stability proti štěpení kolem N  ~ 198 s poločasy až několika sekund.

Za tímto bodem se mezi různými modely předpovídá „moře nestability“ definované velmi nízkými štěpnými bariérami (způsobenými značným zvýšením Coulombova odporu v supertěžkých prvcích) a následně štěpnými poločasy v řádu 10–18 sekund. Přestože se přesná mez stability pro poločasy během jedné mikrosekundy liší, stabilita proti štěpení silně závisí na  uzávěrech skořepiny N  = 184 a N = 228 a rychle klesá mimo vliv uzávěru skořápky. Takový účinek však lze snížit, pokud může jaderná deformace v mezilehlých izotopech vést k posunu magických čísel; podobný jev byl pozorován v deformovaném dvojnásobně magickém jádru 270 Hs. Tento posun by pak mohl vést k delším poločasům, možná v řádu dnů, u izotopů, jako je 342 Ubh, které by také ležely na linii beta stability . Druhý ostrov stability pro sférická jádra může existovat v unbihexiových izotopech s mnohem více neutrony, soustředěných na 354 Ubh a poskytujících další stabilitu v N  = 228 izotonech blízko linie stability beta. Původně se u 354 Ubh předpovídal krátký poločas 39 milisekund směrem k spontánnímu štěpení, i když se u tohoto izotopu předpokládal částečný poločas alfa 18 let. Novější analýza naznačuje, že tento izotop může mít poločas řádově 100 let, pokud by uzavřené skořápky měly silné stabilizační účinky, čímž by se dostaly na vrchol ostrova stability. Je také možné, že 354 Ubh není dvojnásobná magie, protože  se předpokládá, že shell Z = 126 bude relativně slabý, nebo v některých výpočtech zcela neexistuje. To naznačuje, že jakákoli relativní stabilita v unbihexiových izotopech by byla způsobena pouze uzávěry neutronových obalů, které mohou nebo nemusí mít stabilizační účinek při Z  = 126.

Chemikálie

Očekává se, že Unbihexium bude šestým členem superactinidové série. Může mít podobnosti s plutoniem , protože oba prvky mají osm jádra valence nad jádrem ušlechtilého plynu. V superaktinidové řadě se očekává , že se princip Aufbau rozpadne kvůli relativistickým účinkům a očekává se překrytí energetických hladin orbitalů 7d, 8p, zejména 5g a 6f, což předpovídá chemické a atomové vlastnosti těchto látek prvky velmi obtížné. Předpokládá se tedy, že základní elektronová konfigurace unbihexia bude [ Og ] 5g 2 6f 3 8s 2 8p 1 nebo 5g 1 6f 4 8s 2 8p 1 , na rozdíl od [ Og ] 5g 6 8s 2 odvozeného od Aufbau.

Stejně jako u ostatních časných superaktinidů se předpokládá, že unbihexium bude schopno ztratit všech osm valenčních elektronů v chemických reakcích, což umožní různé oxidační stavy až do +8. Předpokládá se, že +4 oxidační stav je nejběžnější, kromě +2 a +6. Unbihexium by mělo být schopné tvořit tetroxid UbhO 4 a hexahalidy UbhF 6 a UbhCl 6 , druhý s poměrně silnou disociační energií vazby 2,68 eV. Je také možné, že unbihexium vytvoří stabilní monofluorid UbhF. Výpočty naznačují, že diatomická molekula UbhF bude mít vazbu mezi 5g orbitálem v unbihexiu a 2p orbitálem ve fluoru, což charakterizuje unbihexium jako prvek, jehož 5g elektrony by se měly aktivně účastnit vazby. Rovněž se předpokládá, že ionty Ubh 6+ (zejména v UbhF 6 ) a Ubh 7+ budou mít elektronovou konfiguraci [ Og ] 5g 2 a [ Og ] 5g 1 , na rozdíl od [ Og ] 6f 1 konfigurace viděná v Ubt 4+ a Ubq 5+, která se více podobá jejich aktinidovým homologům . Aktivita 5g elektronů může ovlivnit chemii superaktinidů, jako je unbihexium, novými způsoby, které je obtížné předvídat, protože žádné známé prvky nemají elektrony v orbitálu g v základním stavu.

Viz také

Poznámky

Reference

Bibliografie