Унбиквадиум

Унбиквадиум, познат и како елемент 124 или ека-ураниум — хипотетички  хемиски елемент; има симбол Ubq и атомски број 124. Унбиквадиум и Ubq е соодветно привремено систематско име и симбол на Меѓународниот сојуз за чиста и применета хемија, кој се користи додека елементот не биде откриен, потврден и не се одлучи за постојано име. Во периодниот систем, унбиквадиумот се очекува да биде суперактиноид од g-блокот и шестиот елемент во осмата периода. Унбиквадиумот го привлекол вниманието, бидејќи може да лежи во островот на стабилноста, што доведува до подолг полураспад, особено за 308Ubq за кој се предвидува дека има волшебен број на неутрони (184).

И покрај неколкуте пребарувања, унбиквадиумот не е синтетизиран, ниту пак се пронајдени природни изотопи. Се верува дека синтезата на унбиквадиум ќе биде многу попредизвикувачки од онаа на полесните неоткриени елементи, а јадрената нестабилност може да предизвика дополнителни тешкотии во идентификувањето на унбиквадиумот, освен доколку островот на стабилноста има посилен стабилизирачки ефект од предвиденото во овој регион.

Како член на серијата суперактиноиди, унбиквадиумот се очекува да има одредена сличност со неговиот можен полесен конгенерален ураниум. Валентните електрони на унбиквадиумот се очекува да учествуваат во хемиските реакции прилично лесно, иако релативистичките ефекти може значително да влијаат на некои од неговите својства; на пример, конфигурацијата на електроните е пресметана дека значително се разликува од онаа предвидена со принципот на Клечковски.

 Вовед 
 Синтеза на супертешки јадра 
алт=A graphic depiction of a nuclear fusion reaction|лево|мини| Графички приказ на реакција на јадрено соединување. Две јадра се спојуваат во едно, испуштајќи неутрон. Реакциите што создаале нови елементи до овој момент биле слични, со единствената можна разлика што понекогаш биле ослободени неколку единечни неутрони, или воопшто немало такви.
Претешкото  атомско јадро се создава во јадрена реакција која комбинира две други јадра со нееднаква големина  во едно; колку понееднакви се двете јадра во однос на масата, толку е поголема можноста двете да реагираат.  Материјалот направен од потешките јадра се прави цел, која потоа е бомбардирана од снопот на полесни јадра. Две јадра можат да се спојат во едно само доколку се приближат доволно блиску едно до друго; нормално, јадрата (сите позитивно наелектризирани) се одбиваат меѓусебно поради електростатско одбивање. Силното заемнодејство може да ја надмине оваа одбивност, но само на многу кратко растојание од јадрото; јадрата на зракот на тој начин се многу забрзани со цел таквото одбивање да биде незначително во споредба со брзината на јадрото на зракот.  Енергијата што се применува на јадрата на зракот за да ги забрза може да предизвика тие да достигнат брзина до една десетина од брзината на светлината. Меѓутоа, доколку се примени премногу енергија, јадрото на зракот може да се распадне.

Самото приближување не е доволно за две јадра да се спојат: кога две јадра се приближуваат едно до друго, тие обично остануваат заедно околу 10 секунди и потоа се разделуваат (не мора да бидат во истиот состав како пред реакцијата) наместо да формираат едно јадро.  Ова се случува затоа што при обидот за формирање на едно јадро, електростатското одбивање го раскинува јадрото што се формира. Секој пар на цел и зрак се карактеризира со неговиот пресек - веројатноста дека ќе дојде до јадрено соединување доколку две јадра се приближат едно кон друго изразено во однос на попречната област што треба да ја погоди упадната честичка за да дојде до соединувањето.  Оваа соединување може да настане како резултат на квантниот ефект во кој јадрата можат да тунелираат преку електростатско одбивање. Доколку двете јадра можат да останат блиску покрај таа фаза, повеќекратните јадрени заемни дејства резултираат со прераспределба на енергијата и енергетска рамнотежа.

Добиеното спојување претставува возбудена состојба  Published as  - наречена сложено јадро - и затоа е многу нестабилно. За да се постигне постабилна состојба, привременото спојување може да се расцепи без да се формира постабилно јадро.  Алтернативно, сложеното јадро може да исфрли неколку неутрони, кои би ја однеле енергијата на возбудувањето; доколку второто не е доволно за исфрлање на неутрони, спојувањето би создало гама-зрак. Ова се случува околу 10 секунди по првичниот јадрен судир и резултира со создавање на постабилно јадро. Дефиницијата на Заедничката работна група на МСЧПХ и МСЧПФ вели дека хемискиот елемент може да се препознае како откриен само доколку неговото јадро не се распадне во рок од 10 секунди. Оваа вредност била избрана како проценка за тоа колку време му е потребно на јадрото да стекне електрони и на тој начин да ги прикаже неговите хемиски својства. 

 Распаѓање и откривање 
Зракот поминува низ целта и стигнува до следната комора, сепараторот; доколку се произведе ново јадро, тоа се носи со овој зрак. Во сепараторот, новопроизведеното јадро е одвоено од другите нуклиди (оној на оригиналниот зрак и сите други продукти на реакцијата){{Efn|Ова раздвојување се заснова на тоа што добиените јадра се движат покрај целта побавно отколку јадрата на нереагираните зраци. Сепараторот содржи електрични и магнетни полиња чии ефекти врз подвижната честичка се поништуваат за одредена брзина на честичка. Таквото раздвојување може да биде потпомогнато и со мерење на време на летот и мерење на енергијата на повратен удар; комбинација од двете може да овозможи да се процени масата на јадрото. и се пренесува во детектор со површинска бариера, кој го запира јадрото. Означена е точната местоположба на претстојното влијание врз детекторот; означени се и неговата енергија и времето на пристигнување. Преносот трае околу 10 секунди; за да биде откриено, јадрото мора да преживее толку долго. Јадрото повторно се забележува откако ќе се регистрира неговото распаѓање и се мерат местоположбата, енергијата и времето на распаѓање.

Стабилноста на јадрото е обезбедена од силното заемно дејство. Сепак, неговиот опсег е многу краток; како што јадрата стануваат поголеми, неговото влијание врз најоддалечените нуклеони (протони и неутрони) слабее. Во исто време, јадрото е растргнато со електростатско одбивање помеѓу протоните, а неговиот опсег не е ограничен. Вкупната врзувачка енергија обезбедено од големото заемно дејство се зголемува линеарно со бројот на нуклеоните, додека електростатското одбивање се зголемува со квадратот на атомскиот број, односно вториот расте побрзо и станува сè поважен за тешките и супертешките јадра. Така, супертешките јадра се теоретски предвидени и досега е забележано дека претежно се распаѓаат преку начини на распаѓање кои се предизвикани од таквото одбивање: алфа-распад и спонтано цепење. Речиси сите алфа емитери имаат над 210 нуклеони, и најлесниот нуклид кој примарно е подложен на спонтано цепење има 238. Во двата режима на распаѓање, јадрата се спречени да се распаѓаат со соодветните енергетски бариери за секој режим, но тие можат да бидат тунелирани.

alt=Модел на апарат за создавање на супертешки елементи, заснован на сепараторот за повратен гас исполнет со Дубна поставен во Флеровата Лабораторија за јадрени реакции (ФЛЈР). Траекторијата во детекторот и апаратот за фокусирање на зракот се менува поради диполен магнет во првиот и четириполен магнет во вториот.

Алфа честичките најчесто се произведуваат во радиоактивни распаѓања бидејќи масата на алфа честичка по нуклеон е доволно мала за да остави малку енергија за алфа честичката да се употреби како кинетичка енергија за да го напушти јадрото.  Спонтаното цепење е предизвикано од електростатско одбивање што го раскинува јадрото и создава различни јадра во различни случаи на идентични јадра. Како што се зголемува атомскиот број, спонтаното цепење брзо станува поважно: делумниот полураспад на спонтаното цепење се намалува за 23 редови на големина од ураниум (елемент 92) до нобелиум (елемент 102),  и до 30 редови на големина од ториум (елемент 90) до фермиум (елемент 100). Така, претходниот „модел на течни капки“ сугерирал дека спонтаното цепење ќе се случи скоро веднаш поради исчезнувањето на бариерата за цепење за јадра со околу 280 нуклеони.  Подоцнежниот јадрен слоест модел сугерира дека јадрата со околу 300 нуклеоните би формирале остров на стабилност во кој јадрата ќе бидат поотпорни на спонтаното цепење и првенствено ќе претрпат алфа распаѓање со подолг полураспад. Последователните откритија сугерирале дека предвидениот остров може да биде подалеку од првично предвиденото; тие, исто така, покажале дека јадрата меѓу долговечните актиноиди и предвидениот остров се деформирани и добиваат дополнителна стабилност од ефектите на обвивката.  Експериментите на полесни супертешки јадра,  како и оние поблиску до очекуваниот остров, покажале поголема стабилност од претходно очекуваната против спонтаното цепење, покажувајќи ја важноста на ефектите на обвивката врз јадрата. 

Алфа-распадите се регистрирани од емитираните алфа честички, а распадните производи лесно се одредуваат пред вистинското распаѓање; доколку таквото распаѓање или низа последователни распаѓања произведе познато јадро, оригиналниот производ на реакцијата може лесно да се одреди.  (Дека сите распаѓања во ланецот на распаѓање навистина биле поврзани едни со други, се утврдува од местоположбата на овие распаѓања, кои мора да бидат на истото место.) Познатото јадро може да се препознае по специфичните карактеристики на распаѓањето што го претрпува, како што е енергијата на распаѓање (или поконкретно, кинетичката енергија на емитираната честичка).  Спонтаното цепење, сепак, произведува различни јадра како производи, така што оригиналниот нуклид не може да се одреди од неговите ќерки. 

Според тоа, информациите достапни за физичарите кои имаат за цел да вештачки да создадат супертежок елемент се информациите собрани во детекторите: местоположбата, енергија и времето на пристигнување на честичката до детекторот и оние на неговото распаѓање. Физичарите ги анализираат овие податоци и се обидуваат да заклучат дека тие навистина биле предизвикани од нов елемент и дека не можел да биде предизвикан од различен нуклид од оној што се тврди. Честопати, обезбедените податоци се недоволни за заклучок дека дефинитивно е создаден нов елемент и нема друго објаснување за набљудуваните ефекти; биле направени грешки при толкувањето на податоците. 

 Историја 
 Обиди за синтеза 
Бидејќи комплетните јадрени обвивки (или, еквивалентно, волшебен број на протони или неутрони) може да донесат дополнителна стабилност на јадрата на супертешките елементи, приближувајќи се до средината на островот на стабилност, се сметало дека синтезата на елементот 124 или блиските елементи ќе ги насели јадрата со подолготрајност на островот. Научниците од Големиот национален акцелератор за тешки јони (ГНАТЈ) направиле обид да го измерат директното и задоцнетото цепење на сложените јадра на елементи со Z = 114, 120 и 124 со цел да ги испитаат ефектите на обвивката во овој регион и точно да ја пронајдат следната сферична протонска обвивка. Во 2006 година, со целосни резултати објавени во 2008 година, тимот обезбедил резултати од реакција која вклучува бомбардирање на природна цел на германиум со јони на ураниум: 

  +  → * → цепење

Тимот објавил дека тие биле во можност да идентификуваат соединети јадра кои се расцепуваат со полураспад > 10-18 секунди. Овој резултат сугерира силен стабилизирачки ефект на Z = 124 и укажува на следната протонска обвивка на Z > 120, а не на Z = 114 како што претходно се сметало. Сложеното јадро е лабава комбинација на нуклеони кои сè уште не се наредени во јадрени обвивки. Тој нема внатрешна структура и се држи заедно само со силите на судир помеѓу јадрата на целта и проектилот. Се проценува дека бара околу 10−14 секунди за нуклеоните да се распоредат во јадрени обвивки, во тој момент сложеното јадро станува нуклеид, и овој број се користи од Меѓународниот сојуз за чиста и применета хемија како минимален полураспад што треба да го има тврдениот изотоп за потенцијално да се препознае како откриен. Така, експериментите на ГНАТЈ не се сметаат како откритие на елементот 124.

Расцепувањето на сложеното јадро 312124 исто така било проучено во 2006 година во Националната лабораторија во Лењаро во Италија: 

  +  → * → цепење

Слично на претходните експерименти спроведени во Заедничкиот институт за јадрени истражувања (ЗИЈИ) , фрагменти од цепење се групирани околу двојно волшебни јадра како што се 132Sn (Z = 50, N = 82), откривајќи ја тенденцијата на супертешките јадра да исфрлаат такви двојно волшебни јадра при цепење.  Просечниот број на неутрони по цепење од јадрото на соединението 312124 (во однос на полесните системи) исто така се зголемува, потврдувајќи дека трендот на потешки јадра кои емитуваат повеќе неутрони за време на цепењето продолжува во регионот на супертешка маса.

 Можна природна појава 
Студијата во 1976 година од група американски истражувачи од неколку универзитети предложила дека првобитните супертешки елементи, главно ливермориум, унбиквадиум, унбихексиум и унбисептиум, може да бидат причина за необјаснето оштетување од зрачење (особено радиохалоси) во минералите.  Тогаш било предложено дека унбиквадиумот постои во природата со неговиот можен сроден ураниум во забележливи количини, во релативно изобилство од 10-1.  Се сметало дека таквите јадра на унбиквадиумот се подложени на алфа распаѓање со многу долг полураспад до флеровиум, кој потоа би постоел во природното олово со слична концентрација ( 10-11) и би претрпел спонтано цепење.  Ова поттикнало многу истражувачи да ги бараат во природата од 1976 до 1983 година. Група предводена од Том Кејхил, професор на Универзитетот во Калифорнија во Дејвис, во 1976 година тврдела дека детектирале алфа честички и рендгенски зраци со соодветните енергии за да ја предизвикаат забележаната штета, што го поддржува присуството на овие елементи. Други тврделе дека ништо не било откриено и ги довеле во прашање предложените карактеристики на првобитните супертешки јадра.  Конкретно, тие навеле дека волшебниот број N = 228 неопходен за зголемена стабилност ќе создаде јадро со прекумерна неутрона во унбиквадиум што нема да биде бета-стабилно. Оваа активност, исто така, била предложено да биде предизвикана од јадрени трансмутации во природниот цериум, што предизвикува дополнителна двосмисленост за ова тврдено набљудување на супертешки елементи. 

Можниот обем на првобитни супертешки елементи на Земјата денес е неизвесен. Дури и доколку се потврди дека ја предизвикале штетата од радијација одамна, тие до денес можеби се распаднале до обични траги, па дури и целосно исчезнале. Исто така, не е сигурно дали таквите супертешки јадра воопшто можат да се создадат природно, бидејќи се очекува спонтано цепење да го прекине процесот р одговорен за формирање на тешки елементи помеѓу масата број 270 и 290, многу пред да се формираат елементи како што е унбиквадиумот.

 Именување 
Користејќи ги препораките на Меѓународниот сојуз за чиста и применета хемија од 1979 година, елементот треба привремено да се нарекува унбиквадиум (симбол Ubq) додека не биде откриен, откритието не се потврди и не се избере трајно име.  Иако широко се користат во хемиската заедница на сите нивоа, од училници по хемија до напредни учебници, препораките главно се игнорираат меѓу научниците кои теоретски или експериментално работат на супертешки елементи, кои го нарекуваат „елемент 124“, со симболот E124, (124) или 124.  Некои истражувачи, исто така, го навеле унбиквадиумот како ека-ураниум, име кое произлегува од системот што Дмитриј Менделеев го користел за предвидување непознати елементи, иако таквата екстраполација можеби нема да работи за елементите на g-блокот без познати сродни елементи, а ека-ураниумот наместо тоа би се однесувал на елементот 144  или 146 дерантиум  од елементот директно до мене.

 Идни синтези 
Секој елемент од менделевиумот наваму бил произведен преку реакции на соединување-испарување, што кулминирало со откривањето на најтешкиот познат елемент оганесон во 2002 година   и од неодамна тенесин во 2010 година.  Овие реакции се приближиле до границата на денешната технологија; на пример, за синтеза на тенесин потребни се 22 милиграми 249Bk и интензивен зрак од 48Ca за шест месеци. Интензитетот на зраците во истражувањето на супертешките елементи не може да надмине 1012 проектили во секунда без да се оштетат целта и детекторот, а производството на поголеми количини на сè поретки и нестабилни цели на актиноид е непрактично.  Следствено, идните експерименти мора да се прават во објекти како што е фабриката за супертешки елементи (СТЕ) во Заедничкиот институт за јадрени истражувања (ЗИЈИ) или РИКЕН, што ќе им овозможи на експериментите да траат подолги временски периоди со зголемени способности за откривање и ќе овозможат инаку недостапни реакции.  И покрај тоа, се очекува да биде голем предизвик да се продолжи со минатите елементи 120 или 121 со предвидени кратки предвидени полураспади и ниски предвидени пресеци. 

Производството на нови супертешки елементи ќе бара проектили потешки од 48Ca, што било успешно искористено при откривањето на елементите 114-118, иако тоа бара повеќе симетрични реакции кои се понеповолни.  Оттука, веројатно е дека реакциите помеѓу 58Fe и целта од 249Cf или 251Cf се најмногу ветувачки.  Проучувањата за цепење на различни јадра од супертешки соединенија откриле дека динамиката на реакциите предизвикани од 48Ca- и 58Fe е слична, што сугерира дека проектилите од 58Fe може да бидат остварливи во производството на супертешки јадра до Z. = 124 или можеби 125.  Исто така, можно е реакцијата со 251Cf да го произведе сложеното јадро 309Ubq* со 185 неутрони, веднаш над N = 184. Поради оваа причина, сложеното јадро се предвидува дека има релативно висока веројатност за преживување и ниска енергија на сепарација на неутрони, што доведува до 1n-3n канали и изотопи 306-308Ubq со релативно висок пресек.  Оваа динамика е многу шпекулативна, бидејќи пресекот може да биде далеку помал доколку трендовите во производството на елементите 112-118 продолжат или бариерите за цеппење се пониски од очекуваните, без оглед на ефектите на обвивката, што доведува до намалена стабилност против спонтано цепење (што е од растечко значење). Сепак, изгледите за достигнување на N = 184 обвивка на страната богата со протони на табелата на нуклиди со зголемување на протонскиот број долго време се сметало; веќе во 1970 година, советскиот јадрен физичар Георги Фљоров предложил бомбардирање на плутониумска цел со проектили од цинк за да се произведат изотопи на елементот 124 на N. = 184. 

 Предвидени својства 

 Јадрена стабилност и изотопи 
мини|400x400пкс|Оваа јадрена табела што ја користи Јапонската агенција за атомска енергија ги предвидува начините на распаѓање на јадрата до Z = 149 и N = 256. За унбиквадиум ( Z = 124), има предвидени региони на зголемена стабилност околу N = 184 и N = 228, иако многу средни изотопи се теоретски подложни на спонтано цепење со полураспад пократок од 1 наносекунда. 
Унбиквадиумот е од интерес за истражувачите поради неговата можна местоположба во близина на средината на островот на стабилноста, теоретски регион кој содржи подолготрајни супертешки јадра. Таков остров на стабилност првпат бил предложен од професорот на Универзитетот во Калифорнија, Глен Сиборг,  конкретно предвидувајќи регион на стабилност сцентриран на елементот 126 (унбихексиум) и опфаќа блиски елементи, вклучително и унбиквадиум, со полураспад веројатно до 109 години. Во познати елементи, стабилноста на јадрата значително се намалува со зголемувањето на атомскиот број по ураниумот, најтешкиот првобитен елемент, така што сите набљудувани изотопи со атомски број над 101 радиоактивно се распаѓаат со полураспад под еден ден. Сепак, има мало зголемување на јадрената стабилност кај нуклидите околу атомските броеви 110-114 , што укажува на присуство на островот на стабилност. Ова се припишува на можното затворање на јадрените обвивки во регионот на супертешка маса, со стабилизирачки ефекти што може да доведат до полураспад од редот на години или подолго за некои сè уште неоткриени изотопи на овие елементи. Иако сè уште не е докажано, постоењето на супертешки елементи толку тешки како оганесон дава докази за такви стабилизирачки ефекти, бидејќи елементите со атомски број поголем од приближно 104 се крајно нестабилни во моделите што ги занемаруваат магичните броеви. 

Во овој регион на периодниот систем, N = 184 и N = 228 се предложени како затворени неутронски обвивки,  и различни атомски броеви се предложени како затворени протонски обвивки, вклучувајќи го и Z = 124.  Островот на стабилноста се карактеризира со подолги полураспади на јадра кои се наоѓаат во близина на овие магични броеви, иако степенот на стабилизирачките ефекти е неизвесен поради предвидувањата за слабеење на затворањето на протонската обвивка и можно губење на двојниот волшебен број.  Поновите истражувања предвидуваат дека островот на стабилност наместо да се наоѓа на бета-стабилните изотопи на копернициум 291Cn и 293Cn,   кои би го поставиле унбиквадиумот многу над островот и ќе резултираат со краток полураспад без оглед на ефектите од обвивката. Студијата од 2016 година за својствата на распаѓање на унбиквадиумските изотопи 284-339Ubq предвидува дека 284-304Ubq се наоѓа надвор од линијата за јадрено прокапување и на тој начин може да бидат протонски емитери, 305-323Ubq може да претрпи алфа распаѓање, со некои ланци кои завршуваат до флеровиум, а потешките изотопи ќе се распаѓаат со спонтано цепење.  Овие резултати, како и оние од моделот на квантно тунелирање, не предвидуваат полураспад во текот на една милисекунда за изотопи полесни од 319Ubq,  како и особено краток полуживот за 309–314Ubq во опсегот под микросекунда поради дестабилизирачките ефекти веднаш над N. = 184. Ова ја прави идентификацијата на многу унбиквадиумски изотопи речиси невозможна со денешната технологија, бидејќи детекторите не можат да разликуваат брзи последователни сигнали од алфа распаѓање во временски период пократок од микросекунди. 

Сè пократкиот полураспад на спонтано цепење на супертешките јадра и можната доминација на цепење над алфа распаѓањето, исто така, веројатно ќе ја одредат стабилноста на униквадиумските изотопи.  Додека некои полураспади на цепење кои сочинуваат „море на нестабилност“ може да бидат од редот на 10-18 како последица на многу ниски бариери за цепење, особено во рамномерни јадра поради ефектите на спарување, стабилизирачки ефекти на N = 184 и N = 228 може да дозволи постоење на релативно долготрајни изотопи.  За N = 184, полураспадот на цепење може да се зголеми, иако алфа-распадот сè уште се очекува да биде од редот на микросекунди или помалку, и покрај затворањето на обвивката на 308Ubq. Исто така, можно е островот на стабилност да се префрли на N = 198 регион, каде што вкупниот полураспад може да биде од редот на секунди, за разлика од соседните изотопи кои би претрпеле цепење за помалку од една микросекунда. Во регионот богат со неутрони околу N = 228, се предвидува дека полураспадот на алфа ќе се зголемува со зголемување на бројот на неутрони, што значи дека стабилноста на таквите јадра првенствено ќе зависи од местоположбата на линијата за бета-стабилност и отпорноста на цепење. Една рана пресметка од П. Молер, физичар во Националната лабораторија во Лос Аламос, го проценува вкупниот полураспад од 352Ubq (со N = 228) на околу 67 секунди, а можеби и најдолгиот во N. = 228 регион.  

 Хемиски својства 
Унбиквадиумот е четвртиот член од серијата суперактиниоди и треба да биде сличен на ураниумот: двата елементи имаат по шест валентни електрони над јадрото на благороден гас. Во серијата суперактиниди, принципот на Клечковски се очекува да се распадне поради релативистички ефекти и се очекува преклопување на орбиталите 5g, 6f, 7d и 8p. Електронската конфигурација на основната состојба на унбиквадиумот се предвидува дека е [Og ] 6f3 8s2 8p1  или 6f 2 8s2 8p2,  за разлика од [Og ] 5g4 8s2 добиен од Клечковски. Ова предвидено преклопување на орбиталите и несигурноста по редослед на полнење, особено за f и g орбиталите, ги отежнува предвидувањата за хемиските и атомските својства на овие елементи. 

Една предвидена оксидациска состојба на унбиквадиум е +6, која би постоела во халидите UbqX 6 (X = халоген), аналогно на познатата +6 оксидациска состојба во ураниумот.  Како и другите рани суперактиноиди, се предвидува дека врзувачките енергии на валентни електрони на унбиквадиумот ќе бидат доволно мали што сите шест би требало лесно да учествуваат во хемиските реакции. Предвидената електронска конфигурација на јонот Ubq5+ е [Og] 6f1. 

Белешки

Наводи

Библиографија






Категорија:Неоткриени хемиски елементи