Войти
Унунениум, также известный как эка-франций или элемент 119, является гипотетическим химическим элементом с символом Uue и атомным номером 119. Ununennium и Uue - это временное систематическое имя IUPAC и символ соответственно, которые используются до тех пор, пока элемент не будет обнаружен, подтвержден и не будет принято решение о постоянном имени. В периодической таблице элементов ожидается, что это будет элемент s-блока, щелочной металл и первый элемент в восьмом период. Это самый легкий элемент, который еще не синтезирован.
Эксперименты по синтезу унунения начались в июне 2018 года в RIKEN в Японии; еще одну попытку группы Объединенного института ядерных исследований в Дубне, Россия планируется начать в конце 2020 года. До этого были предприняты две безуспешные попытки синтезировать унунениум, один от американской команды и один от немецкой команды. Теоретические и экспериментальные данные показали, что синтез унунениума, вероятно, будет намного сложнее, чем синтез предыдущих элементов, и что это может быть даже предпоследний элемент, который можно синтезировать с помощью современных технологий.
Положение унунениума как седьмого щелочного металла предполагает, что он будет иметь такие же свойства, что и его более легкие родственные соединения : литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций. Однако релятивистские эффекты могут привести к тому, что некоторые из его свойств будут отличаться от тех, которые ожидаются от прямого применения периодических трендов. Например, ожидается, что унунений будет менее химически активным, чем цезий и франций, и по поведению будет ближе к калию или рубидию, и хотя он должен показывать характерную степень окисления +1 щелочных металлов, он также является предсказано, чтобы показать степень окисления +3, которая неизвестна ни в одном другом щелочном металле.
Сверхтяжелые элементы производятся ядерным синтезом. Эти реакции синтеза можно разделить на «горячий» и «холодный» в зависимости от энергии возбуждения образовавшегося составного ядра. В реакциях горячего синтеза очень легкие высокоэнергетические снаряды ускоряются в направлении очень тяжелых целей (актиниды ), что приводит к образованию составных ядер с высокой энергией возбуждения (~ 40–50 МэВ ) которые могут делиться или, альтернативно, испарять несколько (от 3 до 5) нейтронов. В реакциях холодного синтеза (в которых используются более тяжелые снаряды, обычно из четвертого периода, и более легкие цели, обычно свинец и висмут ) полученные конденсированные ядра имеют относительно низкая энергия возбуждения (~ 10–20 МэВ), что снижает вероятность того, что эти продукты будут подвергаться реакциям деления. Когда слившиеся ядра охлаждаются до основного состояния, им требуется испускание только одного или двух нейтронов. Однако в реакциях горячего синтеза обычно образуется больше продуктов, богатых нейтронами, потому что актиниды имеют наивысшее отношение нейтронов к протонам среди любых элементов, которые в настоящее время могут быть получены в макроскопических количествах.
Унуненний и унбинилий (элементы 119 и 120) - это элементы с наименьшими атомными номерами, которые еще не были синтезированы. Попытки их синтезировать раздвинули бы пределы существующей технологии из-за уменьшения сечений производственных реакций и их, вероятно, коротких периодов полураспада, которые, как ожидается, будут порядка микросекунд.. Элементы за пределами унбиуний (элемент 121), вероятно, будут слишком короткоживущими, чтобы их можно было обнаружить с помощью современных технологий: они распадаются за микросекунду, прежде чем достигнут детекторов. Возможность обнаружения элементов с 121 по 124 в значительной степени зависит от используемой теоретической модели, поскольку прогнозируется, что их период полураспада очень близок к границе в одну микросекунду. Ранее важную помощь (характеризуемую как «серебряные пули») в синтезе сверхтяжелых элементов оказывали деформированные ядерные оболочки вокруг хассия -270, которые повышали стабильность окружающих ядер, и существование квазистабильного нейтронно-богатого изотопа кальция-48, который можно использовать в качестве снаряда для производства большего количества нейтронно-богатых изотопов сверхтяжелых элементов. Чем более нейтронно-нейтронным является сверхтяжелый нуклид , тем больше ожидается, что он будет ближе к искомому острову стабильности. Даже в этом случае синтезированные изотопы по-прежнему имеют меньше нейтронов, чем ожидается на острове стабильности. Кроме того, использование кальция-48 для синтеза унуненния потребует целевого количества эйнштейния -253 или -254, которые очень трудно производить в достаточно больших количествах (в настоящее время доступны только микрограммы; для сравнения, миллиграммы берклия и калифорний доступны). Для более практического производства дополнительных сверхтяжелых элементов потребуются снаряды тяжелее Ca.
Синтез унунения впервые был предпринят в 1985 году путем бомбардировки мишени из эйнштейния. -254 с ионами кальция-48 на ускорителе superHILAC в Беркли, Калифорния:
Атомы не идентифицированы, что приводит к ограничению сечение из 300 nb. Более поздние расчеты показывают, что сечение 3n-реакции (которая приведет к получению Uue и трех нейтронов в качестве продуктов) на самом деле будет в шестьсот тысяч раз ниже, чем эта верхняя граница, на уровне 0,5 pb.
Поскольку унунений является Самый легкий неоткрытый элемент, он был целью экспериментов по синтезу, проводимых немецкими, российскими и японскими группами в последние годы. Российская группа из Объединенного института ядерных исследований в Дубне, Россия, планировала провести эксперимент до 2012 года, и никаких результатов не было, что явно указывает на то, что либо эксперимент не был проведен, либо не были идентифицированы атомы унунения. С апреля по сентябрь 2012 года была предпринята попытка синтезировать изотопы Uue и Uue путем бомбардировки мишени берклий -249 с титаном -50 в GSI Helmholtz Center for Исследование тяжелых ионов в Дармштадте, Германия. На основе теоретически предсказанного сечения ожидалось, что атом унунния будет синтезирован в течение пяти месяцев после начала эксперимента.
Эксперимент первоначально планировалось продолжить до ноября 2012 г. но был остановлен раньше, чтобы использовать мишень Bk для подтверждения синтеза теннессина (таким образом, изменяя снаряды на Ca). Эта реакция между Bk и Ti была предсказана как наиболее благоприятная практическая реакция для образования унунния, поскольку она довольно асимметрична, хотя и несколько холодна. (Реакция между Es и Ca была бы лучше, но приготовить миллиграммы Es для мишени сложно.) Тем не менее, необходимое изменение от "серебряной пули" Ca к Ti делит ожидаемый выход унуненния примерно на двадцать, поскольку выход сильно зависит от асимметрии реакции синтеза.
Из-за предсказанных коротких периодов полураспада команда GSI использовала новую «быструю» электронику, способную регистрировать события распада в течение микросекунд. Атомы унунния не идентифицированы, что предполагает предельное сечение 70 фбн. Прогнозируемое фактическое поперечное сечение составляет около 40 фб, что находится в пределах существующих технологий. (Рекордно низкое сечение экспериментально успешной реакции составляет 30 фб для реакции между Bi и Zn с образованием нихония.)
Команда из RIKEN в Вако, Япония начала бомбардировку целей кюрием -248 лучами ванадия -51 в июне 2018 года для поиска элемента 119. В качестве цели был выбран кюрий, а не более тяжелый берклий. или калифорний, так как эти более тяжелые мишени сложно приготовить. Мишени Cm были предоставлены Национальной лабораторией Ок-Ридж, которая предоставила необходимую мишень Bk путем синтеза теннессина (элемент 117) в Дубне. Эксперимент RIKEN начался с того, что он был проведен на циклотроне во время модернизации линейных ускорителей, которые возобновят работу в 2020 году. Бомбардировка может продолжаться с обеих машин до тех пор, пока не будет обнаружено первое событие; эксперимент проводится в настоящее время работает с перебоями не менее 100 дней в году., - прогнозирует директор центра RIKEN Nishina. Было сказано, что элементы 119 и 120, вероятно, будут обнаружены к 2022 году. Усилия команды RIKEN финансируются Императором Японии.
Ожидается, что произведенные изотопы унунения претерпят два альфа-распада до известные изотопы московия (Mc и Mc соответственно), которые привязывают их к известной последовательности пяти дальнейших альфа-распадов и подтверждают их образование. Прогнозируемое сечение этих реакций составляет около 10 фб.
После заявленного синтеза Og в 1999 г. в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли из Pb и Kr, аналогичные реакции Bi + Kr и Pb + Rb были предложены для синтеза элемента 119 и его неизвестного тогда альфа-распада дочерних, элементов 117, 115, и 113. Опровержение этих результатов в 2001 г. и более поздние расчеты сечений реакций «холодного» синтеза ставят под сомнение эту возможность; например, максимальный выход 2 fb прогнозируется для производства Uue в первой реакции. Пучки радиоактивных ионов могут предоставить альтернативный метод, использующий мишень свинец или висмут, и могут позволить производство большего количества нейтронно-богатых изотопов, если они станут доступны при требуемой интенсивности.
Команда Объединенного института ядерных исследований в Дубне, Россия планировала начать новые эксперименты по синтезу унунения с помощью реакции Bk + Ti в 2019 году с использованием нового экспериментального комплекса.. По состоянию на ноябрь 2019 г. планировалось, что эксперимент начнется в конце 2020 г. и продлится примерно 150 дней, а результаты будут получены не ранее середины 2021 г.
Лаборатории RIKEN в Японии и ОИЯИ в России лучше всего подходят для этих экспериментов, так как они единственные в мире, где длительное время пучка доступно для реакций с такими низкими предсказанными сечениями.
Использование номенклатуры Менделеева для безымянные и неоткрытые элементы, унунениум должен быть известен как эка- франций. Используя рекомендации 1979 IUPAC , элемент должен быть временно называться ununennium (символ Uue) до тех пор, пока он не будет обнаружен, открытие не будет подтверждено и не будет выбрано постоянное имя.. Хотя эти рекомендации широко используются в химическом сообществе на всех уровнях, от кабинетов химии до продвинутых учебников, они по большей части игнорируются учеными, которые работают теоретически или экспериментально над сверхтяжелыми элементами, которые называют его «элементом 119» с символом E119, (119) или 119.
Диаграмма стабильности нуклидов, используемая группой из Дубны в 2010 году. Характеризованные изотопы показаны с границами. Ожидается, что за пределами элемента 118 (оганессон, последний известный элемент) линия известных нуклидов быстро войдет в область нестабильности без периодов полураспада в течение одной микросекунды после элемента 121. Эллиптическая область охватывает прогнозируемое местоположение острова стабильность. 
Орбитали с высоким азимутальным квантовым числом увеличиваются по энергии, устраняя то, что в противном случае было бы разрывом в орбитальной энергии, соответствующей замкнутой протонной оболочке в элементе 114, как показано на левой диаграмме, которая не учитывает этот эффект. Это поднимает оболочку следующего протона в область вокруг элемента 120, как показано на правой диаграмме, потенциально увеличивая период полураспада изотопов элемента 119 и 120. Стабильность ядер значительно снижается с увеличением увеличение атомного номера после кюрия, элемента 96, период полураспада которого на четыре порядка больше, чем у любого известного в настоящее время элемента с более высоким номером. Все изотопы с атомным номером выше 101 подвергаются радиоактивному распаду с периодом полураспада менее 30 часов. Никакие элементы с атомными номерами выше 82 (после свинца ) не имеют стабильных изотопов. Тем не менее, по причинам, еще не совсем понятным, наблюдается небольшое повышение ядерной стабильности в районе атомных номеров 110 - 114, что приводит к появлению того, что известно в ядерной физике как «остров стабильности ». Эта концепция, предложенная профессором Калифорнийского университета Гленном Сиборгом, объясняет, почему сверхтяжелые элементы существуют дольше, чем предполагалось.
Прогнозируемые периоды полураспада альфа-распада для Uue равны порядка микросекунд. Максимальный прогнозируемый период полураспада при альфа-распаде составляет ~ 485 микросекунд для изотопа Uue. Если учесть все режимы распада, прогнозируемые периоды полураспада уменьшаются до десятков микросекунд. Некоторые более тяжелые изотопы могут быть более стабильными; Фрике и Вабер предсказали, что Uue будет наиболее стабильным изотопом унунения в 1971 году. Это имеет последствия для синтеза унунения, поскольку изотопы с периодом полураспада менее одной микросекунды будут распадаться, не достигнув детектора, а более тяжелые изотопы не могут быть синтезированы в результате столкновения любых известных пригодных для использования ядер мишеней и снарядов. Тем не менее, новые теоретические модели показывают, что ожидаемый энергетический разрыв между протонными орбиталями 2f 7/2 (заполнен на элементе 114) и 2f 5/2 ( заполненный на элементе 120) меньше, чем ожидалось, так что элемент 114 больше не кажется стабильной сферической замкнутой ядерной оболочкой, и этот энергетический зазор может повысить стабильность элементов 119 и 120. Следующий дважды магический теперь ожидается, что ядро будет около сферического Ubb (элемент 122 ), но ожидаемый низкий период полураспада и низкое образование поперечного сечения этого нуклида затрудняет его синтез.
Будучи первым элементом периода 8, унунений, по прогнозам, будет щелочным металлом, заняв свое место в периодической таблице ниже лития, натрий, калий, рубидий, цезий и франций. Каждый из этих элементов имеет один валентный электрон на внешней s-орбитали (конфигурация валентных электронов ns), который легко теряется в химических реакциях с образованием +1 степени окисления : таким образом, щелочные металлы являются очень химически активными элементами. Прогнозируется, что унунениум продолжит тенденцию и будет иметь конфигурацию валентных электронов 8s. Поэтому ожидается, что он будет вести себя так же, как его более легкие сородичи ; однако предполагается, что он также будет отличаться от более легких щелочных металлов по некоторым свойствам.
Основной причиной предсказанных различий между унунением и другими щелочными металлами является спин-орбитальное (SO) взаимодействие - взаимодействие между движением электронов и спином. SO-взаимодействие особенно сильно для сверхтяжелых элементов, потому что их электроны движутся быстрее - со скоростями, сопоставимыми со скоростью скорости света - чем в более легких атомах. В атомах унунения он понижает уровни энергии электронов 7p и 8s, стабилизируя соответствующие электроны, но два из уровней энергии электронов 7p более стабилизированы, чем четыре других. Эффект называется расщеплением подоболочки, поскольку он разбивает подоболочку 7p на более стабилизированные и менее стабилизированные части. Вычислительные химики понимают расщепление как изменение второго (азимутального ) квантового числа l от 1 до 1/2 и 3/2 для более стабилизированных и менее стабилизированных частей подоболочка 7p соответственно. Таким образом, внешний 8s-электрон унунения стабилизируется, и его становится труднее удалить, чем ожидалось, в то время как 7p 3/2 электроны соответственно дестабилизируются, что, возможно, позволяет им участвовать в химических реакциях. Эта стабилизация внешней s-орбитали (уже значимая для франция) является ключевым фактором, влияющим на химию ununennium, и заставляет все тенденции изменения атомных и молекулярных свойств щелочных металлов менять направление после цезия.
 Эмпирические (Na –Cs, Mg – Ra) и прогнозируемые (Fr – Uhp, Ubn – Uhh) атомные радиусы щелочных и щелочноземельных металлов от третьего до девятого периода, измеренные в ангстрем |  Эмпирическое (Na – Cs), полуэмпирическое (Fr) и предсказанное (Uue) сродство к электрону щелочных металлов с третьего по восьмой период, измерено в электрон-вольт. Они уменьшаются от Li к Cs, но значение Fr, 492 ± 10 мэВ, на 20 мэВ выше, чем у Cs, а значение Uue намного выше, еще 662 мэВ. |  Эмпирические (Na – Fr, Mg – Ra) и прогнозируемая (Uue – Uhp, Ubn – Uhh) энергия ионизации щелочных и щелочноземельных металлов с третьего по девятый период, измеренная в электронвольтах |
Из-за стабилизации его внешнего 8s-электрона первый унунений энергия ионизации - энергия, необходимая для удаления электрона из нейтрального атома - по прогнозам будет на 4,53 эВ выше, чем у известных щелочных металлов, начиная с калия. Этот эффект настолько велик, что, по прогнозам, унбиуний (элемент 121) будет иметь более низкую энергию ионизации 4,45 эВ, так что щелочной металл в периоде 8 не будет иметь самую низкую энергию ионизации в периоде, как это верно для всех предыдущих периодов. Ожидается, что сродство к электрону унуненния будет намного больше, чем у цезия и франция; действительно, ожидается, что унунений будет иметь сродство к электрону выше, чем все щелочные металлы, которые легче, чем он, примерно на 0,662 эВ, что близко к сродству кобальта (0,662 эВ) и хрома (0,676 эВ).). Релятивистские эффекты также вызывают очень большое падение поляризуемости унунения до 169,7 а.е.. Действительно, статическая дипольная поляризуемость (α D) унунения, величина для влияние теории относительности пропорционально квадрату атомного номера элемента, было рассчитано, что оно мало и похоже на натрий.
Электрон водородоподобного атома унунения - окисленный, так что у него есть только один электрон, Uue, - предсказано, что он движется так быстро, что его масса в 1,99 раза больше массы неподвижного электрона, что связано с релятивистскими эффектами. Для сравнения: водородоподобный франций - 1,29, водородоподобный цезий - 1,091. Согласно простым экстраполяциям законов относительности, это косвенно указывает на сокращение атомного радиуса примерно до 240 pm, что очень близко к радиусу рубидия (247 pm); металлический радиус также соответственно снижен до 260 мкм. Ожидается, что ионный радиус Uue составит 180 пм.
Унуненний, по прогнозам, будет иметь температуру плавления от 0 ° C до 30 ° C: таким образом, это может быть жидкость. при комнатной температуре. Неизвестно, продолжает ли это тенденция к снижению точек плавления в группе, поскольку точка плавления цезия составляет 28,5 ° C, а температура франция оценивается примерно в 8,0 ° C. Температура кипения унунения ожидается около 630 ° C, что аналогично температуре кипения франция, которая, по оценкам, составляет около 620 ° C; это ниже точки кипения цезия 671 ° C. Плотность унунения по разным прогнозам составляет от 3 до 4 г / см, продолжая тенденцию к увеличению плотности вниз по группе: плотность франция оценивается примерно в 2,48 г / см, а цезия - 1,93. г / см.
| Соединение | Длина связи (Å) | Энергия диссоциации связи (кДж / моль) |
|---|---|---|
| Li2 | 2,673 | 101,9 |
| Na2 | 3,079 | 72,04 |
| K2 | 3,924 | 53,25 |
| Rb2 | 4,210 | 47,77 |
| Cs2 | 4,648 | 43,66 |
| Fr2 | ~ 4,61 | ~ 42,1 |
| Uue 2 | ~ 4,27 | ~ 53,4 |
По прогнозам, химический состав унунения аналогичен это щелочные металлы, но он, вероятно, будет вести себя больше как калий или рубидий, чем цезий или франций. Это происходит из-за релятивистских эффектов, поскольку в их отсутствие периодические тенденции предсказывают, что унунениум будет даже более реактивным, чем цезий и франций. Эта пониженная реакционная способность обусловлена релятивистской стабилизацией валентного электрона унунения, увеличением первой энергии ионизации унунения и уменьшением металлического и ионного радиуса ; этот эффект уже наблюдается для франция.
Химический состав унунения в степени окисления +1 должен быть больше похож на химию рубидия, чем на химию франция. С другой стороны, ионный радиус иона Uue, по прогнозам, больше, чем радиус Rb, потому что 7p-орбитали дестабилизированы и, таким образом, больше, чем p-орбитали нижних оболочек. Унуненний может также иметь степень окисления +3 , которая не наблюдается ни в одном другом щелочном металле, в дополнение к степени окисления +1, которая характерна для других щелочных металлов, а также является основной степенью окисления все известные щелочные металлы: это происходит из-за дестабилизации и расширения спинора 7p 3/2, в результате чего его внешние электроны имеют более низкую энергию ионизации, чем можно было бы ожидать в противном случае. Ожидается, что многие соединения унунения будут иметь большой ковалентный характер из-за участия в связывании электронов 7p 3/2 : этот эффект также в меньшей степени проявляется во франции., который показывает некоторый вклад 6p 3/2 в связывание в супероксиде франция (FrO 2). Таким образом, вместо того, чтобы унунений был наиболее электроположительным элементом, как могла бы показаться простая экстраполяция, цезий вместо этого сохраняет это положение, причем электроотрицательность унунения, скорее всего, близка к натрия. (0,93 по шкале Полинга). Стандартный потенциал восстановления пары Uue / Uue прогнозируется равным -2,9 В, таким же, как у пары Fr / Fr, и немного выше, чем у пары K / K при -2,931 В.
| Соединение | Длина связи (Å) | Энергия диссоциации связи (кДж / моль) |
|---|---|---|
| KAu | 2,856 | 2,75 |
| RbAu | 2,967 | 2,48 |
| CsAu | 3,050 | 2,53 |
| FrAu | 3,097 | 2,75 |
| UueAu | 3,074 | 2,44 |
В газовой фазе и при При очень низких температурах в конденсированной фазе щелочные металлы образуют ковалентно связанные двухатомные молекулы. Длины связи металл-металл в этих молекулах M 2 увеличиваются по группе от Li2 до Cs 2, но затем уменьшаются до Uue 2, из-за вышеупомянутых релятивистских эффектов, которые стабилизируют орбиталь 8s. Противоположная тенденция наблюдается для энергий диссоциации связи металл – металл . Связь Uue – Uue должна быть немного прочнее, чем связь K – K. Исходя из этих энергий диссоциации M 2, энтальпия сублимации (ΔH sub) унунения прогнозируется равной 94 кДж / моль (значение для франция должно быть около 77 кДж / моль).
Ожидается, что молекула UueF будет иметь значительный ковалентный характер из-за высокого сродства к электрону унунения. Связь в UueF происходит преимущественно между 7p-орбиталью унунения и 2p-орбиталью фтора, с меньшими вкладами от 2s-орбитали фтора и 8s, 6d z и двух других 7p-орбиталей унунения. Это очень отличается от поведения элементов s-блока, а также золота и ртути, в которых участвуют s-орбитали (иногда смешанные с d-орбиталями). в склеивании. Связь Uue – F релятивистски расширяется из-за расщепления 7p-орбитали на 7p 1/2 и 7p 3/2 спиноры, заставляя связывающие электроны перемещаться по самой большой орбитали, измеренной радиальная протяженность: аналогичное расширение длины связи обнаружено в гидридах At H и TsH. Связь Uue – Au должна быть самой слабой из всех связей между золотом и щелочным металлом, но при этом должна быть стабильной. Это дает экстраполированные энтальпии адсорбции среднего размера (-ΔH адс) 106 кДж / моль для золота (значение франция должно быть 136 кДж / моль), 76 кДж / моль для платины и 63 кДж / моль на серебре, наименьшем из всех щелочных металлов, которые демонстрируют возможность изучения хроматографической адсорбции унунения на поверхности из благородных металлов. Прогнозируется, что энтальпия адсорбции унунения на поверхности тефлона составляет 17,6 кДж / моль, что будет самым низким среди щелочных металлов: эта информация будет быть очень полезным для будущих химических экспериментов на унунениуме. Значения ΔH sub и -ΔH ad для щелочных металлов не связаны пропорционально, поскольку они меняются в противоположных направлениях с увеличением атомного номера.
Словарное определение ununennium в Викисловаре
. (экстраполированная)