Oganeson

Spekulasi awal

Fisikawan Denmark Niels Bohr adalah orang pertama yang secara serius mempertimbangkan kemungkinan sebuah unsur dengan nomor atom tinggi yaitu 118. Dalam catatannya pada tahun 1922, unsur ini akan berada di bawah radon dalam tabel periodik sebagai gas mulia ketujuh. Setelah itu, Aristid von Grosse menulis sebuah artikel pada tahun 1965 yang memprediksi sifat-sifat yang kemungkinan dimiliki unsur 118 ini. Predikisi Bohr maupun van Grosse tergolong sangat spekulatif, karena cara sintesis unsur belum diketahui pada 1922, dan belum ada teori "pulau stabilitas" untuk unsur-unsur berat pada tahun 1965. Unsur ini kelak disintesis pada 2002 (80 tahun setelah prediksi Bohr), dan saat itu sifat kimianya belum diselidiki sehingga tidak diketahui apakah ia benar bersifat seperti gas mulia seperti prediksi tersebut.

Konfirmasi

Satu atom dari isotop oganeson yang lain, ²⁹⁵Og, kemungkinan diamati dalam suatu percobaan di Pusat Penelitian Ion Berat di Wixhausen, Jerman, pada 2011 sebagai hasil peluruhan dari suatu reaksi untuk mensintesis unsur 120 dengan reaksi ²⁴⁸Cm+⁵⁴Cr. Namun data percobaan ini memiliki ketidakpastian yang tinggi sehingga rantai peluruhan yang diamati dalam percobaan ini tidak bisa dipastikan sebagai ²⁹⁹120 dan ²⁹⁵Og.
Pada bulan Desember 2015, Kelompok Kerja Gabungan dari badan ilmiah internasional Persatuan Kimia Murni dan Terapan Internasional (IUPAC) dan Persatuan Fisika Murni dan Terapan Internasional (IUPAP) mengakui penemuan unsur oganeson dan menetapkan proyek kolaborasi Dubna dan Livermore sebagai penemunya. Penetapan ini berdasarkan konfirmasi mengenai sifat-sifat ²⁸⁶Fl (cucu peluruhan dari ²⁹⁴Og), di Lawrence Berkeley National Laboratory, serta pengamatan rangkaian peluruhan ²⁹⁴Og lain oleh kelompok Dubna pada tahun 2012. Percobaan tersebut sebenarnya bertujuan mensintesis ²⁹⁴Ts melalui reaksi ²⁴⁹Bk(⁴⁸Ca,3n), namun pendeknya waktu paruh ²⁴⁹Bk menyebabkan banyak inti tersebut meluruh menjadi ²⁴⁹Cf, sehingga sebagian hasil sintesis menjadi oganeson alih-alih semuanya menjadi tenesin.
Dari 1 Oktober 2015 sampai 6 April 2016, tim Dubna melakukan percobaan serupa dengan menggunakan ⁴⁸Ca untuk membombardir kalifornium dengan campuran isotop ²⁴⁹Cf, ²⁵⁰Cf, dan ²⁵¹Cf, dengan tujuan menghasilkan isotop-isotop oganeson yang lebih berat yaitu ²⁹⁵Og dan ²⁹⁶Og. Digunakan dua tembakan berenergi 252 MeV dan 258 MeV. Hanya satu atom yang teramati pada 252 MeV, yang rantai peluruhannya cocok dengan yang sebelumnya diketahui dari ²⁹⁴Og (berakhir dengan pembelahan spontan ²⁸⁶Fl), dan tidak ada yang terlihat pada 258 MeV. Percobaan kemudian dihentikan, karena perekat dari bingkai sektor menutupi sasaran dan menghalangi residu penguapan untuk lolos ke alat pendeteksi. Tim Dubna berencana untuk mengulangi percobaan ini pada tahun 2017.

Kestabilan inti dan isotop

Kestabilan inti sangat berkurang dengan bertambahnya nomor atom di atas 96 (nomor atom kurium, Cm). Semua isotop bernomor atom di atas 101 mengalami peluruhan radioaktif dengan waktu paruh dibawah 30 jam. Tidak ada unsur dengan nomor atom di atas 82 (timbal) memiliki isotop stabil. Hal ini disebabkan terus meningkatnya gaya tolak Coulomb antara proton dalam inti-inti tersebut, sehingga gaya nuklir kuat tidak bisa lama menahan kecenderungan terjadinya pembelahan spontan. Jika hanya memperhitungkan faktor ini, seharusnya tidak mungkin ada unsur dengan jumlah proton (nomor atom) di atas 104. Namun penelitian yang dilakukan pada 1960an menunjukkan bahwa kulit nuklir dengan sekitar 114 proton dan 184 neutron dapat menanggulangi faktor ketidakstabilan di atas, sehingga muncullah konsep "pulau stabilitas" dalam fisika nuklir. Dalam "pulau" ini, inti-inti atom diperkirakan dapat memiliki waktu paruh mencapai ribuan bahkan jutaan tahun. Walaupun para ilmuwan belum mencapai pulau ini, keberadaan unsur-unsur superberat (termasuk oganeson) menunjukkan bahwa efek kestabilan ini nyata, dan inti-inti superberat yang sejauh ini ditemukan menunjukkan kenaikan waktu paruh yang eksponensial saat mendekati posisi "pulau" ini. Oganeson bersifat radioaktif dan memiliki waktu paruh yang sepertinya kurang dari satu milisekon. Namun, angka ini masih lebih tinggi dari beberapa prediksi, sehingga menjadi salah satu bukti pendukung gagasan "pulau stabilitas" ini.
Perhitungan menggunakan model penerowongan kuantum memprediksi keberadaan beberapa isotop kaya neutron dari oganeson yang memiliki waktu paruh alfa mendekati 1 ms.
Perhitungan teoretis terhadap jalur sintetis maupun waktu paruh isotop-isotop lain menunjukkan kemungkinan isotop-isotop yang lebih stabil daripada ²⁹⁴Og, terutama ²⁹³Og, ²⁹⁵Og, ²⁹⁶Og, ²⁹⁷Og, ²⁹⁸Og, ³⁰⁰Og dan ³⁰²Og. Dari isotop-isotop ini, peluang terbesar untuk mendapatkan isotop berumur lebih panjang agaknya ada pada ²⁹⁷Og, dan penelitian oganeson di masa depan mungkin akan difokuskan pada isotop ini. Isotop-isotop yang lebih kaya neutron lagi, terutama isotop-isotop di sekitar ³¹³Og, juga dapat menghasilkan inti berumur panjang. Karena isotop-isotop berat berumur panjang ini akan sangat memudahkan penelitian kimia terhadap oganeson, tim Dubna berencana untuk melakukan percobaan selama paruh kedua tahun 2017 dengan menggunakan campuran isotop ²⁴⁹Cf, ²⁵⁰Cf, dan ²⁵¹Cf yang ditembak dengan ⁴⁸Ca, dengan tujuan sintesis isotop baru ²⁹⁵Og dan ²⁹⁶Og; lalu pada tahun 2020 direncanakan penelitian serupa untuk menghasilkan ²⁹⁷Og. Reaksi ini juga dapat menghasilkan ²⁹³Og dan putrinya ²⁸⁹Lv. Isotop ²⁹⁵Og dan ²⁹⁶Og juga dapat diproduksi melalui fusi inti ²⁴⁸Cm dengan tembakan ⁵⁰Ti; reaksi ini direncanakan di JINR dan di RIKEN pada tahun 2017–2018.

Perhitungan sifat atom dan fisik

Oganeson adalah anggota golongan 18 atau VIIIA, unsur-unsur tanpa elektron valensi. Anggota golongan 18 biasanya bersifat inert dalam reaksi-reaksi kimia paling umumnya (misalnya, pembakaran) karena kulit valensi terluarnya terisi penuh elektron. Hal ini menyebabkanenergi minimum yang stabil, dengan elektron terluar yang terikat erat. Oganeson diperkirakan memiliki sifat yang sama, dan kulit elektron terluarnya terisi penuh dengan elektron valensi berkonfigurasi 7s²7p⁶.
Akibatnya, beberapa peneliti memperkirakan oganeson memiliki sifat fisik dan kimia yang serupa dengan anggota golongan yang sama, terutama radon, gas mulia yang menjadi tetangga atasnya di tabel periodik. Mengikuti pola periodik, oganeson diperkirakan bersifat sedikit lebih reaktif daripada radon. Namun, perhitungan teoretis menunjukkan bahwa unsur ini bisa jadi jauh lebih reaktif. Selain itu, ogansson bahkan mungkin lebih reaktif daripada unsur flerovium dan kopernisium, yang merupakan tetangga bawah unsur-unsur yang lebih reaktif yaitu timbal dan raksa. Faktor yang menyebabkan kemungkinan ini adalah karena subkulit terluarnya, yaitu subkulit 7p, memiliki kestabilan energi yang lebih rendah dan jari-jari yang lebih besar. Lebih tepatnya, interaksi spin-orbit antara elektron-elektron 7s yang inert dengan elektron-elektron 7p menyebabkan penutupan kult kedua, dan penurunan yang signifikan dalam kestabilan kulit oganeson yang penuh. Selain itu, perhitungan juga menunjukkan bahwa oganeson, tak seperti gas mulia lainnya, mengikat elektron dengan pelepasan energi–dengan kata lain, oganeson memiliki afinitas elektron yang bernilai positif, disebabkan tingkat energi 8s yang terstabilkan secara relativistik dan tingkat energi 7p3/2 yang berkurang kestabilannya.
Oganeson diperkirakan memiliki polarisabilitas terbesar dari semua elemen sebelum berada di tabel periodik, hampir dua kali lipat dari radon. Dengan mengekstrapolasi dari gas mulia lainnya, diperkirakan oganeson memiliki titik didih antara 320 dan 380 K. Ini sangat berbeda dengan nilai yang diperkirakan sebelumnya sebesar 263 K atau 247 K. Bahkan dengan ketidakpastian perhitungan yang besar, tampaknya sangat tidak mungkin oganeson akan menjadi gas di bawah kondisi standar, dan karena kisaran cairan gas lainnya sangat sempit (antara 2 dan 9 kelvin), unsur ini seharusnya berbentuk padat pada kondisi standar. Jika oganeson membentuk gas pada kondisi standar, bagaimanapun, gas tersebut akan menjadi salah satu gas terpadat pada kondisi standar, bahkan jika gasnya monoatomik seperti gas mulia lainnya.
Karena polarisabilitasnya yang amat besar, oganeson diperkirakan memiliki energi ionisasi yang anehnya rendah (serupa dengan timbal yang energi ionisasinya sekitar 70% radon dan jauh lebih kecil daripada flerovium) dan fase terkondensasi pada keadaan standar. Meskipun struktur kelopak pada inti dan awan elektron oganeson sangat dipengaruhi oleh efek relativistik: subkelopak elektron utama dan valensi dalam oganeson diperkirakan akan "terselimuti" oleh gas Fermi homogen dari elektron, akibat pemisahan orbit-orbit 7p yang sangat kuat dalam oganeson. Efek yang sama untuk nukleon, terutama neutron, adalah paling ringan pada kelopak neutron tertutup untuk inti ³⁰²Og dan sangat kuat pada inti hipotetis nukleotida tertutup superberat ⁴⁷²164, dengan 164 proton dan 308 neutron.

Prediksi senyawa

Tidak ada senyawa oganeson yang telah disintesis, namun perhitungan senyawa teoretis telah dilakukan sejak 1964. Diharapkan bahwa jika energi ionisasi elemen cukup tinggi, akan sulit untuk mengoksidasi dan oleh karena itu, bilangan oksidasi yang paling umum adalah 0 (sama seperti gas mulia lainnya); Namun, ini tampaknya tidak kasusnya.
Perhitungan pada molekul diatomik Og₂ menunjukkan interaksi ikatan kira-kira setara dengan yang dihitung untuk Hg₂, dan energi disosiasi 6 kJ/mol, kira-kira 4 kalinya Rn₂. Tapi yang paling mencolok, setelah dihitung senyawa ini memiliki panjang ikatan yang lebih pendek 0,16 Å daripada Rn₂, yang mengindikasikan adanya interaksi ikatan yang signifikan. Di sisi lain, senyawa OgH⁺ menunjukkan energi disosiasi (afinitas proton oganeson) yang lebih kecil dari RnH⁺.
Ikatan antara oganeson dan hidrogen (OgH) diperkirakan sangat lemah dan dapat dianggap sebagai interaksi van der Waals murni dan bukan ikatan kimiawi yang sebenarnya. Di sisi lain, dengan unsur yang sangat elektronegatif, oganeson tampaknya membentuk senyawa yang lebih stabil daripada kopernisium atau flerovium.Keadaan oksidasi stabil +2 dan +4 diperkirakan di fluorida OgF₂ dan OgF₄. Keadaan +6 akan kurang stabil karena ikatan kuat subkulit 7p1/2. Ini adalah hasil interaksi spin-orbit yang sama yang membuat oganeson biasanya tidak reaktif. Sebagai contoh, ditunjukkan bahwa reaksi oganeson dengan F₂ untuk membentuk senyawa OgF₂ akan melepaskan energi 106 kkal/mol dimana sekitar 46 kkal/mol berasal dari interaksi ini. Sebagai perbandingan, interaksi spin-orbit untuk molekul serupa RnF₂ adalah sekitar 10 kkal/mol dari energi pembentukan 49 kkal/mol. Interaksi yang sama menstabilkan konfigurasi Td tetrahedral untuk OgF₄, berbeda dari planar kuadrat D₄ₕ satu dari XeF₄, yang diharapkan juga dimiliki oleh RnF₄. Ikatan Og-F paling mungkin bersifat ionik dan bukan kovalen, menghasilkan fluorida oganeson yang tidak mudah menguap. OgF₂ diprediksi akan ionik parsial karena sifat elektropositivitasnya yang tinggi. Berbeda dengan gas mulia lainnya (kecuali mungkin xenon dan radon), oganeson diperkirakan cukup elektropositif untuk membentuk ikatan Og-Cl dengan klorin.