Anar al contingut

Superactínido

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià

Els superactínidos és una série d'elements químics no descoberts des del número 121 (unbiunio) fins al 157 (unpentseptio), que es poden classificar com els elements 5g i 6f del periodo 8, junt en el primer element 7d.[1] L'existència teòrica dels superactínidos va ser sugerida per Glenn T. Seaborg en 1969.[2][3] Els superactínidos tindrien una vida mija extremadament curta, encara que l'unbihexio (element 126) estaria dins d'una hipotètica illa d'estabilitat.[4] La série no és reconeguda per l'IUPAC, que la seua taula periòdica de referència termina en l'oganesón (element 118).[5]

Propietats químiques

[editar | editar còdic]

En la série de superactínidos, les capes 7d3/2, 8p1/2, 6f5/2 i 5g7/2 deurien omplir-se totes simultàneament.[6] Açò crea situacions molt complicades, tant que solament s'han realisat càlculs CCSD complets i precisos per als elements 121 i 122.[7] El primer superactínido, unbiunio (element 121), deuria ser similar al lantano i l'actini:[8] el seu principal estat d'oxidació deuria ser +3, encara que la rodalia dels nivells d'energia de les subcapas de valència poden permetre estats d'oxidació més alts, de la mateixa manera que en els elements 119 i 120.[7] L'estabilisació relativista de la subcapa 8p deuria donar com resultat una configuració electrònica de valència d'estat fonamental 8s28p1 per a l'element 121, en contrast en les configuracions ds2 del lantano i l'actini;[7] no obstant, esta configuració anómala no sembla afectar la seua química calculada, que seguix sent similar a la de l'actini.[9] Es preveu que la seua primera energia de ionisació siga de 429.4 kJ/mol, que seria inferior a la de tots els elements coneguts llevat els metals alcalinos potassi, rubidi, cesi i francio: este valor és inclús inferior al del alcalino del periodo 8 ununennio (463.1 kJ/mol). De manera similar, el següent superactínido, unbibio (element 122), podria ser similar al ceri i al tori, en un estat d'oxidació principal de +4, pero tindria una configuració electrònica de valència d'estat fonamental 7d18s28p1 o 8s28p2,[10] a diferència de la configuració 6d27s2 del tori. Per tant, la seua primera energia de ionisació seria menor que la del tori (Th: 6.3 eV; element 122: 5.6 eV) per la major facilitat per a ionizar l'electró 8p1/2 del unbibio que l'electró 6d del tori.[7] El colapse del orbital 5g es retarda fins a al voltant de l'element 125; es teoriza que les configuracions electròniques de la série isoelectrónica de 119 electrons siguen [Og] 8s1 per als elements 119 a 122, [Og] 6f1 per als

elements 123 i 124 i [Og] 5g1 per a l'element 125 en avant.[11]

En els primers superactínidos, es preveu que les energies d'enllaç dels electrons agregats siguen lo suficientment menudes com per a que puguen perdre tots els seus electrons de valència; per eixemple, l'unbihexio (element 126) podria formar fàcilment un estat d'oxidació +8 i poden ser possibles estats d'oxidació encara més alts per als següents elements. També es prediu que l'element 126 mostrarà una varietat d'atres estats d'oxidació: càlculs recents han sugerit que un monofluoruro 126F estable pot ser possible, com a resultat d'una interacció d'enllaç entre l'orbital 5g en l'element 126 i el orbital 2p en el flúor.[12] Atres estats d'oxidació predits inclouen +2, +4 i +6; s'espera que +4 siga l'estat d'oxidació més habitual de unbihexio.[6] Es calcula que els superactínidos des d'unbipentio (element 125) fins a unbiennio (element 129) presentaran un estat d'oxidació +6 i formaran hexafluoruros, encara que es prediu que 125F6 i 126F6 estaran units relativament dèbils.[11] S'espera que les energies de dissociació d'enllaç aumenten considerablement en l'element 127 i encara més en el 129. Açò sugerix un canvi de caràcter iònic fort en els fluorur de l'element 125 a una reacció més covalente, que involucra el orbital 8p, en els fluorur de l'element 129. L'enllaç en estos hexafluoruros de superactínidos es dona principalment entre la subcapa 8p més alta dels superactínidos i la subcapa 2p del flúor, a diferència de cóm l'urani usa els seus orbitales 5f i 6d per a unir-se en el hexafluoruro d'urani.[11]

A pesar de la capacitat dels primers superactínidos per a alcançar alts estats d'oxidació, s'ha calculat que els electrons 5g seran els més difícils de ionizar; s'espera que els ions 1256+ i 1267+ tinguen una configuració 5g1, similar a la configuració 5f1 del ion Np6+.[13][11] S'observa un comportament similar en la baixa activitat química dels electrons 4f en els lantànits; açò és conseqüència de que els orbitales 5g són menuts i estan profundament adinsats en el núvol d'electrons.[13] La presència d'electrons en els orbitales g, que no existixen en la configuració electrònica de l'estat fonamental de cap element actualment conegut, deuria permetre orbitales híbrits desconeguts per a formar i influir en la química dels superactínidos de noves formes, encara que l'absència d'electrons g en elements coneguts fa que la predicció de la química dels superactínidos siga més difícil.[14]

Alguns composts predits dels superactínidos (X = un halógeno)[13][11][15]
121 122 123 124 125 126 127 128 129 132 142 143 144 145 146 148 153 154 155 156 157
Compost 121X3 122X4 123X5 124X6 125F
125F6
Plantilla:Chem 		126F
126F6
126O4 		127F6 128F6 129F
129F6 		142X4
142X6 		143F6 144X6
Plantilla:Chem
144F8
144O4 		145F6 148O6
Anàlecs LaX3
AcX3 		CeX4
ThX4 		Plantilla:Chem ThF4 UF6
[[uranilo|Plantilla:Chem]]
PuF8
PuO4 		UO6
Estats d'oxidació 3 4 5 6 1, 6, 7 1, 2, 4, 6, 8 6 6 1, 6 6 4, 6 6, 8 3, 4, 5, 6, 8 6 8 12 3 0, 2 3, 5 2 3

En els superactínidos posteriors, els estats d'oxidació deurien ser més baixos. Per l'element 132, l'estat d'oxidació predominant més estable serà solament +6; açò es reduïx encara més a +3 i +4 per l'element 144 i al final de la série de superactínidos serà solament +2 (i possiblement inclús 0) perque la capa 6f, que s'està omplint en eixe punt, està molt adins el núvol d'electrons i els electrons 8p1/2 estan massa units per a ser químicament actius. La capa 5g deuria omplir-se en l'element 144 i la capa 6f al voltant de l'element 154; en esta regió dels superactínidos els electrons 8p1/2 estan units en tanta força que ya no són químicament actius, per lo que solament poden participar uns pocs electrons en reaccions químiques. Els càlculs de Fricke et al. (1971) prediuen que en l'element 154 la capa 6f estarà plena i no hi ha electrons d o unes atres funciones d'ona d'electrons fòra de les capes químicament inactives 8s i 8p1/2. Açò pot fer que l'element 154 siga poc reactiu en propietats similars a les dels gasos nobles.[14][7] No obstant, els càlculs de Pyykkö (2011) teorizan que en l'element 155 la capa 6f seguix sent químicament ionizable: 1553+ deuria tindre una capa 6f completa i el quarto potencial de ionisació deuria estar entre els de el terbi i el disprosio, abdós coneguts en l'estat +4.[13]


De manera similar a les contracció de lantànits i actínits, deu haver una contracció de superactínidos en la série a on els radis iònics dels superactínidos són més menuts de lo esperat. En els lantànits, la contracció és d'uns 4.4 pm per element; en els actínits, és d'uns 3 pm per element. La contracció és major en els lantànits que en els actínits per la major localisació de la funció d'ona 4f en comparació a la funció d'ona 5f. Les comparacions en les funcions d'ona dels electrons externs dels lantànits, actínits i superactínidos conduïxen a una predicció d'una contracció d'al voltant de 2 pm per element en els superactínidos; encara que açò és menor que les contracció en els lantànits i actínits, el seu efecte total és major pel fet de que 32 electrons s'omplin en les capes profundament adinsades 5g i 6f, en lloc de sol 14 electrons en les capes 4f i 5f en els lantànits i actínits respectivament.[14]

Model de taula periòdica estesa per Pyykkö (2011).[13]

Pyykkö (2011) dividix estos superactínidos en tres séries: una serie 5g (elements 121 a 138), una serie 8p1/2 (elements 139 a 140) i una serie 6f (elements 141 a 155); també senyala que hi hauria una gran superposició entre els nivells d'energia i que els orbitales 6f, 7d o 8p1/2 també podrien estar ocupats en els primers àtoms o ions de superactínidos. També espera que es comporten més com «superlantánidos», en el sentit de que els electrons 5g serien en la seua majoria químicament inactius, de manera similar a cóm solament un o dos electrons 4f en cada lantànit es ionizan en composts químics. També va predir que els possibles estats d'oxidació dels superactínidos podrien aumentar molt en la serie 6f, a valors com +12 en l'element 148.[13]

Model de taula periòdica estesa per Kulsha (2011).[16] També va presentar una segona versió en 2016.[17]

Kulsha (2011) ha cridat a la série de 121 a 156 «elements de ultransición» i ha propost dividir-los en dos séries de díhuit elements, una entre 121 i 138 i una atra de 139 a 156. La primera seria anàloga a la els lantànits, en estats d'oxidació que van principalment de +4 a +6, ya que domina l'omplit de la capa 5g i els elements veïns són molt similars entre sí, creant una analogia en l'urani, el neptuni i el plutoni. La segona seria anàloga als actínits: al principi (al voltant dels elements en els 140s) s'esperarien estats d'oxidació molt alts a mida que la capa 6f puja per damunt de la 7d, pero despuix d'això els estats d'oxidació típics baixarien i en elements en el 150s en avant els electrons 8p1/2 deixarien de ser químicament actius. Degut a que les dos files estan separades per l'adició d'una subcapa 5g18 completa, també podrien considerar-se anàlogues entre sí.[16]


Com a eixemple dels últims superactínidos, s'espera que l'element 156 present principalment l'estat d'oxidació +2, per la seua configuració electrònica en electrons 7d2 fàcilment eliminats sobre un núcleu estable [Og] 5g186f148s28pPlantilla:La seua. Per lo tant, pot considerar-se un congènere més pesat del nobeli, que també té un parell d'electrons 7s2 fàcilment eliminats sobre un núcleu estable [Rn]5f14 i generalment es troba en l'estat +2 (es requerixen oxidants forts per a obtindre nobeli en l'estat +3).[16] La seua primera energia de ionisació deuria ser d'uns 400 kJ/mol i el seu radi metàlic d'uns 170 pm. En una massa atòmica relativa d'al voltant de 445 o,[14] deuria ser un metal molt pesat en una densitat d'al voltant de 26 g/cm3.

Estabilitat de núcleus superpesados

[editar | editar còdic]

Número mágico i illa d'estabilitat

[editar | editar còdic]
Archiu:Nuclear chart from caps block 29 model.svg
Taula de nucleidos dels modos de desintegració β coneguts i predits fins a Z = 149, N = 256. Les caselles negres indiquen la llínea d'estabilitat β predita, que concorda en les senyes experimentals. En Z = 126 (dalt a la dreta), la llínea d'estabilitat β travessa una regió o «mar» d'inestabilitat teòricament susceptible a la fissió espontànea (vida mija inferior a 1 ns) i s'estén a una «veta» d'estabilitat prop de la capa de tancament N = 228. Es preveu que les cridades illes d'estabilitat estiguen al voltant de 294Ds i 354Ubh, més allà de les quals el model sembla desviar-se de vàries regles de la fòrmula semiempírica de la massa.Erro en la cita: Element <ref> no vàlit; les referencies sense nom deuen de tindre contingut

El model en capes que descriu l'estructura nuclear implica l'existència de «número mágico» per tipo de nucleón per una estratificació de neutrons N i protones Z en nivells d'energia quàntica en el núcleu, com ocorre en els electrons al nivell del àtom. En este model, els número mágico corresponen a la saturació d'una capa nuclear per un tipo de nucleones, per lo que existix una major estabilitat de tot el núcleu; estos números són:

2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, 184.

Este model en capes permet, en particular, explicar les diferències en l'energia d'enllaç nuclear observades en els àtoms en comparació als resultats de la fòrmula de Weizsäcker basada en el model de la gota líquida del núcleu atòmic o inclús explicar per qué el tecnecio no té isòtops estables. Els núcleus «doblement màgics», formats per un número mágico de protones i de neutrons, són particularment estables. Des d'este punt de vista, podria existir una «illa d'estabilitat» al voltant del unbihexio 310Ubh, doblement màgic en 126 protones i 184 neutrons.[4]


Per tant, els primers membres de la série dels superactínidos i en particular la primera mitat dels elements del bloc g (fins a Z ≈ 130), podrien tindre isòtops significativament més estables que els atres nucleidos superpesados, en vides miges que alcancen uns pocs segons; segons la teoria de camp mig relativiste, la particular estabilitat d'estos nucleidos es deu a un efecte d'acoplament quàntic de les posades ω,[18] un dels nou cridades posades «sense sabor».

No obstant, els llímits exactes d'esta hipotètica illa d'estabilitat no estan clarament establits, perque els número mágico dels núcleus superpesados semblen més difícils d'especificar que els de els núcleus llaugers,[19] de modo que, segons els models, teòricament es trobaria el següent número mágico per a Z entre 114 i 126.[4][20][21][22][23]

Llímits físics al tamany del núcleu

[editar | editar còdic]
Valors propis d'energia per a les capes 1s, 2s, 2p1/2 i 2p3/2 a partir de solucions de l'equació de Dirac, tenint en conte el tamany finito del núcleu, per a Z = 135–175 (–·–), per al potencial de Thomas-Fermi (—) i per a Z = 160–170 en el potencial autoconsistente (---).

Per un atre costat, no és segur que l'existència d'àtoms tan pesats siga físicament possible, ya que la repulsió electrostàtica de molts protones en el mateix núcleu induiria la fissió espontànea o la fuga de protones en excés per a decaure en número atómico més baixos. De fet, es considera que la fissió espontànea és possible quan Z2/A≥45, que és precisament el cas de 310Ubh (des de 1262/310≈45); si l'efecte dels número mágico predits per la teoria de les capes del núcleu atòmic es verifica també per a este isòtop, en tot cas es tornarà inestable per la seua pròpia conformació elíptica.

Ademés, vàries equacions involucren el producte αZ, en el que α representa la constant d'estructura fina, i solament són vàlides quan este producte és menor que 1; com α≈1/137, sorgix el problema del untriseptio, a voltes denominat feynmanio (símbol Fy), ya que, segons una «llegenda popular» entre físics, Richard Feynman ho va indicar com l'últim element de la taula periòdica que posseïx estats neutres estables:[24]

Segons el model de Bohr, no relativiste, la velocitat d'un electró en la subcapa 1s en Z > 137 seria major que la velocitat de la llum c:

v=αZc≈Z137.036c

l'equació de Dirac també es torna inaplicable més allà de Z > 137 per la mateixa raó, en expressar l'energia d'un àtom en l'estat fonamental per mig de:

E=mec21−α2Z2

a on me és la massa en repòs de l'electró. Per açò, Feynman va sugerir que els àtoms neutres no poden existir més allà del untriseptio i que, per tant, la taula periòdica d'elements terminaria en este punt.[24]

Estes equacions són aproximades i no tenen en conte, per eixemple, la dimensió distinta de zero dels núcleus atòmics —són més sensibles quant més pesats són els àtoms— ni tan sols la teoria de la relativitat —cas del model de Bohr—, per lo que no impliquen l'inexistència de núcleus en 137 protones i més; pero açò sugerix un llímit físic per al número atómico Z tal com es conceptualiza habitualment, en propietats particulars per als àtoms superpesados (de l'orde de Z = 150 i més allà), per als quals l'energia dels electrons representaria dos o tres voltes la seua massa en repòs, lo que és 511 keV) si realment existiren. (Els electrons relativistes de tals àtoms podrien, en particular, generar parells d'electrons i positrones en lloc de fotons en canviar els nivells d'energia.)


Si es tenen en conte els efectes relativistes en l'estructura de la processó electrònica de tals àtoms, el llímit sembla estar situat cap a Z ≈ 173 electrons en lloc de 137,[25] mentres que el mateix raonament aplicat als núcleus resulta en un llímit cap a Z ≈ 210 protones. Des del punt de vista dels nivells d'energia nuclear, el llímit també estaria en 173 protones: un protón 174 duria l'energia de la capa nuclear 1s1/2 més allà de 511 keV, lo que induiria la desintegració β+ d'este protón per emissió d'un positrón i un neutrino electrònic.[26][27]

Atres consideracions més pràctiques duen a prendre en conte el llímit físic de l'número atómico en nivells molt més baixos, no superant Z ≈ 130, just més allà de l'hipotètica illa d'estabilitat.[28]

Síntesis

[editar | editar còdic]

Els únics elements en esta regió de la taula periòdica per als que va haver intents de síntesis són els elements 122, 124, 126 i 127. Presuntament, els elements d'esta zona són molt inestables en relació en la desintegració radiactiva i tenen una vida mija extremadament curta, en la possible excepció de l'element 126.[4]


Referències

[editar | editar còdic]
  1. ↑ “Electronic Configurations and the Periodic Table for Superheavy Elements” (en) . Doklady Physical Chemistry 408 (2): 149-151. doi:10.1134/S0012501606060029. ISSN 0012-5016. OCLC 4644160734. “configuration interaction is crucial in more than 30% of cases since its consideration leads to another ground-state configuration.”
  2. ↑ (1972) General Chemistry, Quarta edició (en en), Lexington: D.C. Heath and Company, pp. 668-670. OCLC 606394550. ISBN 9780669633627.
  3. ↑ (2010) «Superheavy Elements», Handbook of Nuclear Chemistry, Segona edició (en en), Nova York: Springer, p. 1009. OCLC 1330573354. ISBN 978-1-4419-0719-6.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 Emsley, J (2011). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements (en en), Nova York: Oxford University Press, p. 588. OCLC 1249235685. ISBN 978-0-19-960563-7.
  5. ↑ «Periodic Table of Elements» (en en). International Union of Pure and Applied Chemistry. Consultat el 2022-06-23.
  6. ↑ 6,0 6,1 Fricke, B (1975). Superheavy elements: a prediction of their chemical and physical properties (vol. 21) (en en), Berlín: Springer, pp. 89-144. doi:10.1007/BFb0116498. OCLC 902153077. ISBN 978-3-540-07109-9.
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 Erro en la cita: L'element <ref> no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenada Hoffman
  8. ↑ “SCF Dirac–Slater Calculations of the Translawrencium Elements” (en) (1969). The Journal of Chemical Physics 51 (2). Melville: American Institute of Physics. doi:10.1063/1.1672054. ISSN 0021-9606. Bibcode: 1969JChPh..51..664W. OCLC 5542452071.
  9. ↑ “4-Component correlated all-electron study on Eka-actinium Fluoride (E121F) including Gaunt interaction: Accurate analytical form, bonding and influence on rovibrational spectra” (en) (27 de juliol 2016). Chemical Physics Letters 662: 169-175. Ámsterdam: North-Holland. doi:10.1016/j.cplett.2016.09.025. ISSN 0009-2614. Bibcode: 2016CPL...662..169A. OCLC 6841941626.
  10. ↑ “Electronic Configurations of Superheavy Elements” (en) . Journal of the Physical Society of Japan 65 (10): 3175-3179. Tòquio: Physical Society of Japan. doi:10.1143/JPSJ.65.3175. ISSN 0031-9015. Bibcode: 1996JPSJ...65.3175U. OCLC 5174992891.
  11. ↑ 11,0 11,1 11,2 11,3 11,4 “Chemistry of the 5g elements. Relativistic calculations on hexafluorides” (en) . Angewandte Chemie International Edition 56 (34): 10132-10134. Weinheim: Wiley. doi:10.1002/anie.201701609. ISSN 1433-7851. PMID 28444891. OCLC 7103785368.
  12. ↑ Jacoby, M (2006). “As-yet-unsynthesized superheavy atom should form a stable diatomic molecule with fluorine” (en). Chemical & Engineering News 84 (10): 19. Washington D.C.: American Chemical Society. doi:10.1021/cen-v084n010.p019a. ISSN 0009-2347. OCLC 194677212.
  13. ↑ 13,0 13,1 13,2 13,3 13,4 13,5 “A suggested periodic table up to Z≤ 172, based on Dirac–Fock calculations on atoms and ions” (en) (2011). Physical Chemistry Chemical Physics 13 (1): 161-168. Londres: Royal Society of Chemistry. doi:10.1039/c0cp01575j. ISSN 1463-9076. PMID 20967377. Bibcode: 2011PCCP...13..161P. OCLC 4660060515.
  14. ↑ 14,0 14,1 14,2 14,3 “The continuation of the periodic table up to Z = 172. The chemistry of superheavy elements” (en) (1971). Theoretica Chimica Acta 21 (3): 235-260. Heidelberg: Springer. doi:10.1007/BF01172015. ISSN 0040-5744. OCLC 5653314576.
  15. ↑ Makhyoun, M. “On the electronic structure of 5g1 complexes of element 125: a quasi-relativistic MS-Xα study” (en). Journal de Chimie Physique et de Physico-Chimie Biologique 85 (10): 917-924. París: Société de chimie physique. doi:10.1051/jcp/1988850917. ISSN 0021-7689. Bibcode: 1988JCP....85..917M. OCLC 8675346928.
  16. ↑ 16,0 16,1 16,2 Kulsha, A. «Есть ли граница у таблицы Менделеева?» (en ru).
  17. ↑ Kulsha, A. «Feasible electron configurations of dications up to Z = 172» (en en).
  18. ↑ “α-decay properties of superheavy elements Z=113-125 in the relativistic pixen-field theory with vector self-coupling of ω meson” (en) . Physical Review. C, Nuclear Physics 71 (5): 054310. Nova York: American Physical Society. doi:10.1103/PhysRevC.71.054310. ISSN 0556-2813. OCLC 4436579822.
  19. ↑ Janssens, R. “Nuclear physics: Elusive magic numbers” (en). Nature 435 (7044): 897-898(2). Londres: Macmillan Journals. doi:10.1038/435897a. ISSN 0028-0836. OCLC 110378877.
  20. ↑ “A beachhead on the island of stability” (en) . Physics Today 68 (8): 32-38. Melville: American Institute of Physics. doi:10.1063/PT.3.2880. ISSN 0031-9228. Bibcode: 2015PhT....68h..32O. OCLC 7153068212.
  21. ↑ “Single-Particle Levels of Spherical Nuclei in the Superheavy and Extremely Superheavy Mass Region” (en) . Journal of the Physical Society of Japan 82 (1): 014201-1–014201-5. Tòquio: Physical Society of Japan. doi:10.7566/JPSJ.82.014201. ISSN 0031-9015. Bibcode: 2013JPSJ...82a4201K. OCLC 824417964.
  22. ↑ Courtland, R. Weight scale for atoms could map 'island of stability' (in (en)), NewScientist.
  23. ↑ «Hopes evaporate for the superheavy element flerovium having a long life».Science.American Association for the Advancement of Science.Washington D.C.:ISSN 0036-8075.doi:10.1126/science.abh0581.
  24. ↑ 24,0 24,1 Ball, P. «Would element 137 really spell the end of the periodic table? Philip Ball examines the evidence» (en en). Londres: Royal Society of Chemistry.
  25. ↑ “Resource Letter QEDV-1: The QED vacuum” (en) . American Journal of Physics 76 (6): 509-518(10). Nova York: American Institute Physics. doi:10.1119/1.2820395. ISSN 0002-9505. OCLC 232315679.
  26. ↑ Zeitschrift für Physik A Hadrons and nuclei.Deutsche physikalische Gesellschaft.Berlín:218(4)
    327-340.ISSN 0939-7922.doi:10.1007/BF01670014.
  27. ↑ Zeitschrift für Physik A Atoms and nuclei.Deutsche physikalische Gesellschaft.Berlín:303(3)
    173-188.ISSN 0939-7922.doi:10.1007/BF01424757.
  28. ↑ Nature.Macmillan Journals.Londres:433(7027)
    705-709.ISSN 0028-0836.doi:10.1038/nature03336.
Obtingut de «https://www.lenciclopedia.org/w/index.php?title=Superactínido&oldid=757719»