Unbihexium

Extern video
Extern video
	Visualisering av misslyckad kärnfusion, baserad på beräkningar av Australian National University

Unbihexium, ₁₂₆ Ubh
Teoretiskt grundämne
Unbihexium
Uttal	/ ˌ uː n b aɪ ˈ h ɛ k s i ə m / <a i=16>( ( OON -by- HEK -see-əm )
Alternativa namn	element 126, eka-plutonium
Unbihexium i det periodiska systemet
	unbipentium ← unbihexium → unbiseptium
Atomnummer ( Z )	126
Grupp	g-blockgrupper (inget nummer)
Period	period 8 (teoretisk, utökad tabell)
Blockera	g-block
Elektronkonfiguration	förutsägelser varierar, se text
Fysikaliska egenskaper
Fas vid STP	okänd
Atomegenskaper
Oxidationstillstånd	(+1), (+2), ( +4 ), ( +6 ), ( +8 ) (förutspått)
Övriga fastigheter
CAS-nummer	54500-77-5
Historia
Namngivning	IUPAC systematiskt elementnamn
	\| referenser

Unbihexium , även känt som element 126 eller eka-plutonium , är det hypotetiska kemiska elementet med atomnummer 126 och platshållarsymbolen Ubh. Unbihexium och Ubh är det tillfälliga IUPAC-namnet respektive -symbolen tills elementet upptäcks, bekräftas och ett permanent namn beslutas. I det periodiska systemet förväntas unbihexium vara ett g-block superaktinid och det åttonde grundämnet i den 8:e perioden . Unbihexium har uppmärksammats bland kärnfysiker, särskilt i tidiga förutsägelser som riktar in sig på egenskaperna hos supertunga grundämnen, för 126 kan vara ett magiskt antal protoner nära centrum av en ö av stabilitet, vilket leder till längre halveringstider, särskilt för ³¹⁰ Ubh eller ³⁵⁴ Ubh som också kan ha magiska antal neutroner.

Ett tidigt intresse för eventuell ökad stabilitet ledde till det första försöket att syntes av unbihexium 1971 och sökningar efter det i naturen under de följande åren. Trots flera rapporterade observationer tyder nyare studier på att dessa experiment var otillräckligt känsliga; därför har inget unbihexium hittats naturligt eller artificiellt. Förutsägelser om stabiliteten hos unbihexium varierar mycket mellan olika modeller; vissa tyder på att stabilitetens ö istället kan ligga på ett lägre atomnummer, närmare copernicium och flerovium .

Unbihexium förutspås vara en kemiskt aktiv superaktinid, som uppvisar en mängd olika oxidationstillstånd från +1 till +8, och möjligen vara en tyngre kongener av plutonium . En överlappning i energinivåer för 5g, 6f, 7d och 8p orbitaler förväntas också, vilket komplicerar förutsägelser av kemiska egenskaper för detta element.

Introduktion

En grafisk skildring av en kärnfusionsreaktion . Två kärnor smälter samman till en och avger en neutron . Hittills var reaktioner som skapade nya grundämnen lika, med den enda möjliga skillnaden att flera singulära neutroner ibland släpptes, eller inga alls.

De tyngsta atomkärnorna skapas i kärnreaktioner som kombinerar två andra kärnor av olika storlek till en; ungefär, ju mer ojämlika de två kärnorna i termer av massa, desto större är möjligheten att de två reagerar. Materialet som görs av de tyngre kärnorna görs till ett mål, som sedan bombarderas av strålen från lättare kärnor. Två kärnor kan smälta samman till en endast om de närmar sig varandra tillräckligt nära; normalt stöter kärnor (alla positivt laddade) bort varandra på grund av elektrostatisk repulsion . Den starka interaktionen kan övervinna denna repulsion men bara inom ett mycket kort avstånd från en kärna; strålkärnor accelereras således kraftigt för att göra sådan repulsion obetydlig jämfört med strålkärnans hastighet. Att enbart komma nära räcker inte för att två kärnor ska smälta samman: när två kärnor närmar sig varandra förblir de vanligtvis tillsammans i ungefär 10–20 ^sekunder och sedan skiljer sig åt (inte nödvändigtvis i samma sammansättning som före reaktionen) snarare än att bilda en enda kärna. Om fusion inträffar är den tillfälliga sammanslagningen – kallad en sammansatt kärna – ett exciterat tillstånd . För att förlora sin excitationsenergi och nå ett mer stabilt tillstånd, klyvs en sammansatt kärna antingen eller stöter ut en eller flera neutroner , som för bort energin. Detta inträffar cirka 10–16 ^sekunder efter den första kollisionen.

Strålen passerar genom målet och når nästa kammare, separatorn; om en ny kärna produceras, bärs den med denna stråle. I separatorn separeras den nyproducerade kärnan från andra nuklider (den från den ursprungliga strålen och eventuella andra reaktionsprodukter) och överförs till en ytbarriärdetektor, som stoppar kärnan. Den exakta platsen för den kommande stöten på detektorn är markerad; också markerade är dess energi och tidpunkten för ankomst. Överföringen tar cirka 10 ⁻⁶ sekunder; för att kunna upptäckas måste kärnan överleva så länge. Kärnan registreras igen när dess sönderfall har registrerats, och platsen, energin och tiden för sönderfallet mäts.

Stabiliteten hos en kärna tillhandahålls av den starka interaktionen. Dess räckvidd är dock mycket kort; försvagas deras inflytande på de yttersta nukleonerna ( protoner och neutroner). Samtidigt slits kärnan sönder av elektrostatisk repulsion mellan protoner, eftersom den har obegränsad räckvidd. Kärnor av de tyngsta grundämnena förutsägs således teoretiskt och har hittills observerats att främst sönderfalla via sönderfallssätt som orsakas av sådan repulsion: alfasönderfall och spontan fission ; dessa lägen är dominerande för kärnor av supertunga element . Alfa-sönderfall registreras av de emitterade alfapartiklarna , och sönderfallsprodukterna är lätta att bestämma före själva sönderfallet; om ett sådant sönderfall eller en serie av på varandra följande sönderfall ger en känd kärna, kan den ursprungliga produkten av en reaktion bestämmas aritmetiskt. Spontan fission producerar emellertid olika kärnor som produkter, så den ursprungliga nukliden kan inte bestämmas från dess döttrar.

Den information som är tillgänglig för fysiker som syftar till att syntetisera ett av de tyngsta elementen är således informationen som samlas in vid detektorerna: plats, energi och tidpunkt för ankomsten av en partikel till detektorn, och de för dess sönderfall. Fysikerna analyserar dessa data och försöker dra slutsatsen att de verkligen orsakades av ett nytt element och inte kunde ha orsakats av en annan nuklid än den som hävdades. Ofta är förutsatt data otillräcklig för att dra slutsatsen att ett nytt element definitivt skapades och det finns ingen annan förklaring till de observerade effekterna; fel vid tolkning av data har gjorts.

Historia

Syntesförsök

Det första och enda försöket att syntetisera unbihexium, som misslyckades, utfördes 1971 vid CERN (European Organization for Nuclear Research) av René Bimbot och John M. Alexander med hjälp av den heta fusionsreaktionen :

²³²₉₀ Th
+
⁸⁴₃₆ Kr
→
³¹⁶₁₂₆ Ubh
* → inga atomer

Alfapartiklar med hög energi (13-15 MeV ) observerades och togs som möjliga bevis för syntesen av unbihexium. Efterföljande misslyckade experiment med högre känslighet tyder på att 10 mb -känsligheten för detta experiment var för låg; följaktligen ansågs bildandet av unbihexiumkärnor i denna reaktion vara mycket osannolikt.

Möjlig naturlig förekomst

En studie 1976 av en grupp amerikanska forskare från flera universitet föreslog att primordiala supertunga grundämnen, främst livermorium , unbiquadium , unbihexium och unbiseptium, med halveringstider som överstiger 500 miljoner år kan vara en orsak till oförklarliga strålningsskador (särskilt radiohalos ) i mineraler. Detta fick många forskare att söka efter dem i naturen från 1976 till 1983. En grupp ledd av Tom Cahill, professor vid University of California i Davis, hävdade 1976 att de hade upptäckt alfapartiklar och röntgenstrålar med rätt energi för att orsaka den observerade skadan, vilket stöder närvaron av dessa element, särskilt unbihexium. Andra hävdade att ingen hade upptäckts och ifrågasatte de föreslagna egenskaperna hos primordiala supertunga kärnor. Speciellt citerade de att det magiska talet N = 228 som krävs för ökad stabilitet skulle skapa en neutronöverdriven kärna i unbihexium som kanske inte är betastabil , även om flera beräkningar tyder på att ³⁵⁴ Ubh verkligen kan vara stabil mot beta-sönderfall . Denna aktivitet föreslogs också orsakas av nukleära transmutationer i naturligt cerium , vilket ökade ytterligare tvetydighet vid denna påstådda observation av supertunga element.

Unbihexium har fått särskild uppmärksamhet i dessa undersökningar, för dess spekulerade läge på ön av stabilitet kan öka dess överflöd i förhållande till andra supertunga element. Alla naturligt förekommande unbihexium förutspås vara kemiskt lik plutonium och kan existera med primordial ²⁴⁴ Pu i det sällsynta jordartsmetallet bastnäsite . I synnerhet förutspås plutonium och unbihexium ha liknande valenskonfigurationer , vilket leder till existensen av unbihexium i +4- oxidationstillståndet . Därför, om unbihexium förekommer naturligt, kan det vara möjligt att extrahera det med liknande tekniker för ackumulering av cerium och plutonium. På samma sätt kan unbihexium också finnas i monazit med andra lantanider och aktinider som skulle vara kemiskt lika. Nyligen tvivel om existensen av primordial ²⁴⁴ Pu kastar osäkerhet om dessa förutsägelser, eftersom utebliven (eller minimal existens) av plutonium i bastnäsit kommer att hämma möjlig identifiering av unbihexium som dess tyngre kongener.

Den möjliga omfattningen av primordiala supertunga element på jorden idag är osäker. Även om det är bekräftat att de har orsakat strålningsskadorna för länge sedan, kan de nu ha förfallit till bara spår, eller till och med vara helt borta. Det är också osäkert om sådana supertunga kärnor överhuvudtaget kan produceras naturligt, eftersom spontan klyvning förväntas avsluta r-processen som är ansvarig för bildning av tunga element mellan massnummer 270 och 290, långt innan element som unbihexium kan bildas.

En ny hypotes försöker förklara spektrumet av Przybylskis stjärna genom naturligt förekommande flerovium , unbinilium och unbihexium.

Namngivning

Med 1979 års IUPAC- rekommendationer bör elementet tillfälligt kallas unbihexium (symbol Ubh ) tills det upptäcks, upptäckten bekräftas och ett permanent namn väljs. Även om de används i stor utsträckning i det kemiska samhället på alla nivåer, från kemiklassrum till avancerade läroböcker, ignoreras rekommendationerna för det mesta bland forskare som arbetar teoretiskt eller experimentellt med supertunga grundämnen, som kallar det "element 126", med symbolen E126 , ( 126 ) , eller 126 . Vissa forskare har också hänvisat till unbihexium som eka-plutonium , ett namn som härrör från systemet Dmitri Mendeleev använde för att förutsäga okända grundämnen, även om en sådan extrapolering kanske inte fungerar för g-blockelement utan kända kongener, och eka-plutonium skulle istället hänvisa till till element 146 eller 148 när termen är avsedd att beteckna elementet direkt under plutonium.

Utsikter för framtida syntes

Varje grundämne från mendelevium och framåt producerades i fusions-förångningsreaktioner, som kulminerade i upptäckten av det tyngsta kända grundämnet, oganesson , 2002 och senast tennessine 2010. Dessa reaktioner närmade sig gränsen för nuvarande teknologi; till exempel krävde syntesen av tennessine 22 milligram ²⁴⁹ Bk och en intensiv ⁴⁸ Ca-stråle under sex månader. Intensiteten hos strålar i forskning om supertunga element kan inte överstiga 10 ¹² projektiler per sekund utan att skada målet och detektorn, och att producera större mängder av allt mer sällsynta och instabila aktinidmål är opraktiskt. Följaktligen måste framtida experiment göras vid anläggningar som supertunga elementfabriken (SHE-fabriken) vid Joint Institute for Nuclear Research (JINR) eller RIKEN , vilket kommer att tillåta experiment att köra under längre tidsperioder med ökad detektionsförmåga och möjliggöra annat otillgängliga reaktioner. Trots det kommer det sannolikt att vara en stor utmaning att syntetisera element bortom unbinilium (120) eller unbiunium (121), med tanke på deras korta förutsagda halveringstider och låga förutsagda tvärsnitt .

Det har föreslagits att fusion-indunstning inte kommer att vara möjlig att nå unbihexium. Eftersom ⁴⁸ Ca inte kan användas för syntes av element bortom atomnummer 118 eller möjligen 119, är de enda alternativen att öka projektilens atomnummer eller studera symmetriska eller nästan symmetriska reaktioner. En beräkning tyder på att tvärsnittet för att producera unbihexium från ²⁴⁹ Cf och ⁶⁴ Ni kan vara så lågt som nio storleksordningar lägre än detektionsgränsen; sådana resultat antyds också av att unbinilium och unbibium inte observeras i reaktioner med tyngre projektiler och experimentella tvärsnittsgränser. Om Z = 126 representerar ett slutet protonskal, kan sammansatta kärnor ha större sannolikhet för överlevnad och användningen av ⁶⁴ Ni kan vara mer genomförbar för att producera kärnor med 122 < Z < 126, särskilt för sammansatta kärnor nära det slutna skalet vid N = 184. Tvärsnittet kanske fortfarande inte överstiger 1 fb , vilket utgör ett hinder som bara kan övervinnas med känsligare utrustning.

Förutspådda egenskaper

Kärnstabilitet och isotoper

Detta kärndiagram som används av Japan Atomic Energy Agency förutsäger sönderfallssätten för kärnor upp till Z = 149 och N = 256. Vid Z = 126 (överst till höger) passerar beta-stabilitetslinjen genom ett område av instabilitet mot spontan fission ( halveringstid mindre än 1 nanosekund ) och sträcker sig in i en "kape" av stabilitet nära skalförslutningen N = 228, där en ö av stabilitet centrerad vid den möjligen dubbelt magiska isotopen ³⁵⁴ Ubh kan existera.

Detta diagram visar granatluckor i kärnskalsmodellen. Skalluckor skapas när mer energi krävs för att nå skalet vid nästa högre energinivå, vilket resulterar i en särskilt stabil konfiguration. För protoner motsvarar skalgapet vid Z = 82 toppen av stabilitet vid bly, och även om det råder oenighet om magiciteten av Z = 114 och Z = 120, uppstår ett skalgap vid Z = 126, vilket tyder på att det kan vara en protonskalförslutning vid unbihexium.

Utvidgningar av kärnskalsmodellen förutspådde att nästa magiska siffror efter Z = 82 och N = 126 (motsvarande ²⁰⁸ Pb , den tyngsta stabila kärnan ) var Z = 126 och N = 184, vilket gör ³¹⁰ Ubh till nästa kandidat för en dubbelmagi kärna. Dessa spekulationer ledde till intresse för unbihexiums stabilitet så tidigt som 1957; Gertrude Scharff Goldhaber var en av de första fysikerna som förutspådde en region med ökad stabilitet i närheten av, och möjligen centrerad på, unbihexium. Denna föreställning om en " ö av stabilitet " bestående av supertunga kärnor med längre livslängd populariserades av University of California- professorn Glenn Seaborg på 1960-talet.

I denna region av det periodiska systemet har N = 184 och N = 228 föreslagits som slutna neutronskal, och olika atomnummer, inklusive Z = 126, har föreslagits som slutna protonskal. Omfattningen av stabiliserande effekter i regionen av unbihexium är dock osäker på grund av förutsägelser om förskjutning eller försvagning av protonskalförslutningen och möjlig förlust av dubbel magicitet . Nyare forskning förutspår att stabilitetens ö istället kommer att centreras på beta-stabila isotoper av copernicium ( ²⁹¹ Cn och ²⁹³ Cn) eller flerovium ( Z = 114), vilket skulle placera unbihexium långt ovanför ön och resultera i korta halveringstider oavsett av skaleffekter.

Tidigare modeller antydde förekomsten av långlivade nukleära isomerer som är resistenta mot spontan fission i regionen nära ³¹⁰ Ubh, med halveringstider i storleksordningen miljoner eller miljarder år. Mer rigorösa beräkningar gav dock redan på 1970-talet motsägelsefulla resultat; man tror nu att stabilitetens ö inte är centrerad vid ³¹⁰ Ubh, och kommer därför inte att förbättra stabiliteten för denna nuklid. Istället tros ³¹⁰ Ubh vara mycket neutronbrist och mottaglig för alfasönderfall och spontan fission på mindre än en mikrosekund, och den kan till och med ligga vid eller bortom protondropplinjen . En beräkning från 2016 på förfallsegenskaperna för ^288–339 Ubh upprätthåller dessa förutsägelser; isotoper som är lättare än ³¹³ Ubh (inklusive ³¹⁰ Ubh) kan verkligen ligga bortom dropplinjen och sönderfalla genom protonemission , ^313–327 Ubh kommer att alfasönderfalla, möjligen nå flerovium- och livermoriumisotoper, och tyngre isotoper kommer att spjälkas av spontana klyvningsisotoper . Denna studie och en kvanttunnelmodell förutsäger halveringstider för alfasönderfall under en mikrosekund för isotoper som är lättare än ³¹⁸ Ubh, vilket gör dem omöjliga att identifiera experimentellt. Därför kan isotoperna ^318–327 Ubh syntetiseras och detekteras, och kan till och med utgöra ett område med ökad stabilitet mot klyvning runt N ~ 198 med halveringstider på upp till flera sekunder, även om ett sådant område med ökad stabilitet är helt frånvarande i andra modeller.

Ett "hav av instabilitet" definierat av mycket låga fissionsbarriärer (orsakat av kraftigt ökande Coulomb-repulsion i supertunga element) och följaktligen fissionshalveringstider i storleksordningen 10-18 ^sekunder förutsägs över olika modeller. Även om den exakta gränsen för stabilitet för halveringstider över en mikrosekund varierar, är stabiliteten mot fission starkt beroende av N = 184 och N = 228 skalförslutningar och sjunker snabbt omedelbart bortom inverkan av skalförslutningen. En sådan effekt kan dock reduceras om kärndeformation i mellanisotoper kan leda till en förskjutning av magiska tal; ett liknande fenomen observerades i den deformerade dubbelmagiska kärnan ²⁷⁰ Hs. Denna förändring kan sedan leda till längre halveringstider, kanske i storleksordningen dagar, för isotoper som ³⁴² Ubh som också skulle ligga på beta-stabilitetslinjen . En andra ö av stabilitet för sfäriska kärnor kan existera i unbihexiumisotoper med många fler neutroner, centrerad vid ³⁵⁴ Ubh och ger ytterligare stabilitet i N = 228 isotoner nära beta-stabilitetslinjen. Ursprungligen förutspåddes en kort halveringstid på 39 millisekunder för ³⁵⁴ Ubh mot spontan fission, även om en partiell alfahalveringstid för denna isotop förutspåddes vara 18 år. Nyare analyser tyder på att denna isotop kan ha en halveringstid i storleksordningen 100 år om de slutna skalen skulle ha starka stabiliserande effekter, vilket placerar den på toppen av en ö av stabilitet. Det kan också vara möjligt att ³⁵⁴ Ubh inte är dubbelt magiskt, eftersom Z = 126-skalet förutspås vara relativt svagt, eller i vissa beräkningar, helt obefintligt. Detta tyder på att eventuell relativ stabilitet i unbihexiumisotoper endast skulle bero på neutronskalstängningar som kan eller inte kan ha en stabiliserande effekt vid Z = 126.

Kemisk

Unbihexium förväntas bli den sjätte medlemmen i en superaktinidserie. Det kan ha likheter med plutonium , eftersom båda elementen har åtta valenselektroner över en ädelgaskärna. I superaktinidserien Aufbau-principen bryta ner på grund av relativistiska effekter , och en överlappning av energinivåerna för 7d, 8p, och speciellt 5g och 6f orbitaler förväntas, vilket ger förutsägelser om kemiska och atomära egenskaper hos dessa. element mycket svåra. Grundtillståndselektronkonfigurationen för unbihexium förutsägs således vara [Og] 5g ² 6f ³ 8s ² 8p ¹ eller 5g ¹ 6f ⁴ 8s ² 8p ¹ , i motsats till [Og] 5g ⁶ 8s ² härledd från Aufbau.

Som med de andra tidiga superaktiniderna förutspås det att unbihexium kommer att kunna förlora alla åtta valenselektroner i kemiska reaktioner, vilket gör en mängd olika oxidationstillstånd upp till +8 möjliga. Oxidationstillståndet +4 förutspås vara vanligast, förutom +2 och +6. Unbihexium bör kunna bilda tetroxiden UbhO ₄ och hexahaliderna UbhF ₆ och UbhCl ₆ , den senare med en ganska stark bindningsdissociationsenergi på 2,68 eV. Beräkningar tyder på att en diatomisk UbhF-molekyl kommer att ha en bindning mellan 5g-orbitalen i unbihexium och 2p-orbitalen i fluor, vilket karakteriserar unbihexium som ett grundämne vars 5g-elektroner aktivt bör delta i bindningen. Det förutspås också att Ubh ⁶⁺ (särskilt i UbhF ₆ ) och Ubh ⁷⁺ joner kommer att ha elektronkonfigurationerna [Og] 5g ^{2 respektive} [Og] 5g ¹ , i motsats till [Og] 6f ¹ konfiguration ses i Ubt ⁴⁺ och Ubq ⁵⁺ som mer liknar deras aktinidhomologer . Aktiviteten hos 5g-elektroner kan påverka kemin hos superaktinider som unbihexium på nya sätt som är svåra att förutsäga, eftersom inga kända grundämnen har elektroner i en g- orbital i grundtillståndet.

Se även

Stabilitetsö : flerovium – unbinilium – unbihexium

Anteckningar

Bibliografi

Audi, G.; Kondev, FG; Wang, M.; et al. (2017). "NUBASE2016-utvärderingen av kärntekniska egenskaper". Kinesisk fysik C . 41 (3). 030001. Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A . doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030001 . s. 030001-1–030001-17 , s. 030001-18–030001-138, tabell I. NUBASE2016-tabellen över kärnkrafts- och förfallsegenskaper
Beiser, A. (2003). Concepts of modern physics (6:e upplagan). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-244848-1 . OCLC 48965418 .
Hoffman, DC ; Ghiorso, A .; Seaborg, GT (2000). The Transuranium People: The Inside Story . World Scientific . ISBN 978-1-78-326244-1 .
Kragh, H. (2018). From Transuranic to Superheavy Elements: A Story of Dispute and Creation . Springer . ISBN 978-3-319-75813-8 .
Zagrebaev, V.; Karpov, A.; Greiner, W. (2013). "Framtiden för forskning om supertunga element: Vilka kärnor kan syntetiseras inom de närmaste åren?" (PDF) . Journal of Physics: Conference Series . 420 (1). 012001. arXiv : 1207.5700 . Bibcode : 2013JPhCS.420a2001Z . doi : 10.1088/1742-6596/420/1/012001 . ISSN 1742-6588 . S2CID 55434734 .