Унунениум

Унунениум, исто така познат како ека-франциум или елемент 119 — хипотетички хемиски елемент; има симбол Uue и атомски број 119. ''Унуненијум'' и ''Uue'' 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 на елементите, се очекува да биде елемент од s-блокот, алкален метал и првиот елемент во осмата периода. Тоа е најлесниот елемент кој сè уште не е синтетизиран.
Обидот да се синтетизира елементот е во тек од 2018 година во РИКЕН во Јапонија. Заедничкиот институт за јадрени истражувања (ЗИЈИ) во Дубна, Русија, планира да направи обид во одреден момент во иднината, но точниот датум не е објавен во јавноста. Истражувачкиот објект за тешки јони во Ланжу, Кина (HIRFL), исто така, планира да направи обид. Теоретските и експерименталните докази покажале дека синтезата на унунениум веројатно ќе биде многу потешка од онаа на претходните елементи.
Позицијата на Унунениум како седми алкален метал сугерира дека тој би имал слични својства на неговите полесни конгенери. Сепак, релативистичките ефекти може да предизвикаат некои од неговите својства да се разликуваат од оние што се очекуваат од директна примена на периодичните закони. На пример, се очекува унунениумот да биде помалку реактивен од цезиумот и франциумот и поблизок во однесувањето до калиумот или рубидиумот, и додека треба да ја покаже карактеристичната +1 оксидациска состојба на алкалните метали, исто така се предвидува да ги покаже +3 и +5 оксидационите состојби, кои се непознати кај кој било друг алкален метал.
1 Историја
1.1 Обиди за синтеза
Елементите од 114 до 118 (флеровум преку оганесон) биле откриени во реакциите на „жешко соединување“ во Заедничкиот институт за јадрени истражувања (ЗИЈИ) во Дубна, Русија. Ова вклучувало бомбардирање на актинидите плутониум преку калифорниум со калциум-48, квази-стабилен изотоп богат со неутрони кој може да се употреби како проектил за производство на повеќе изотопи богати со неутрони на супертешки елементи. (Терминот „топло“ се однесува на високата енергија на возбудување на добиеното сложено јадро.) Ова не може лесно да се продолжи со елементот 119, бидејќи ќе бара цел на следниот актинид ајнштаниум. Десетици милиграми ајнштајниум би биле потребни за разумна шанса за успех, но досега се произведени само микрограми. Обид да се направи елементот 119 од калциум-48 и помалку од еден микрограм ајнштајниум бил направен во 1985 година во забрзувачот superHILAC во Беркли, Калифорнија, но обидот не успеал.: + → * → без атоми
За попрактично производство на дополнителни супертешки елементи потребни се проектили потешки од Ca,, но ова ја прави реакцијата посиметрична и дава помали шанси за успех. Обидите да се синтетизира елементот 119 ги поместува границите на денешната технологија, поради намалувањето на пресеците на производните реакции и веројатно краткиот полураспад на произведените изотопи, што се очекува да биде од редот на микросекунди.
Од април до септември 2012 година, бил направен обид да се синтетизираат Uue и Uue со бомбардирање на цел на беркелиум -249 со титан -50 во Центарот за истражување на тешки јони (ЦИТЈ) во Дармштат, Германија. Оваа реакција помеѓу Bk и Ti била предвидена да биде најповолната практична реакција за формирање на унунениум, бидејќи е најасиметричната реакција на располагање. Покрај тоа, како што беркелиум-249 се распаѓа до калифорниум -249 (следниот елемент) со краток полураспад од 327 денови, ова овозможило истовремено да се пребаруваат елементите 119 и 120. Поради предвидениот краток полураспад, тимот на Центарот за истражување на тешки јони (ЦИТЈ) користел нова „брза“ електроника способна да регистрира настани на распаѓање во микросекунди.: + → * → без атоми
: + → * → без атоми
Ниту елементот 119 ниту елементот 120 не бил забележан. Експериментот првично бил планиран да продолжи до ноември 2012 година, но истиот бил прекинат рано за да се искористи целта од Bk за да се потврди синтезата на тенесин (со што се промени проектилот на Ca).
Тимот во РИКЕН во Вако, Јапонија започнал со бомбардирање на цели на кириум -248 со зрак ванадиум -51 во јануари 2018 година за да го бара елементот 119. Кириумот бил избран како цел, наместо потежок берклиум или калифорниум, бидејќи овие потешки цели тешко се подготвуваат. Целите Cm биле обезбедени од Националната лабораторија Оук Риџ. РИКЕН развил ванадиумски зрак со висок интензитет. Експериментот започнал со циклотрон додека РИКЕН ги надградил своите линеарни акцелератори; надградбата била завршена во 2020 година. Бомбардирањето можело да се продолжи со двете машини додека не бил забележан првиот настан. Напорите на тимот РИКЕН се финансирани од царот на Јапонија.: + → * → без атоми
Произведените изотопи на Унунениум се очекува да претрпат два алфа-распади до познатите изотопи на московиум, Mc и Mc. Ова ќе ги прицврсти на позната низа од пет или шест дополнителни алфа-распаѓања, соодветно, и ќе го потврди нивното производство.
Почнувајќи од септември 2023 година, тимот на РИКЕН ја предводел реакцијата од Cm+ V 462 денови. Во извештајот на Советодавниот комитет на Центарот РИКЕН Нишина било забележано дека оваа реакција е избрана поради достапноста на целните и проектилните материјали, и покрај предвидувањата кои ја фаворизираат реакцијата Bk+ Ti, бидејќи проектилот Ti е поблиску до двојно магичен Ca и има парен атомски број (22); реакциите со рамно- ''Z'' проектили генерално се покажале дека имаат поголеми пресеци. Извештајот препорачал дека доколку 5 fb границата на напречниот пресек е достигната без да се забележат никакви настани, тогаш тимот треба „да ја процени и на крајот да ја преиспита експерименталната стратегија пред да земе дополнително време“. Според податоци од 2024 година, тимот на РИКЕН сè уште ја водел оваа реакција „24/7“.
Тимот на Заедничкиот институт за јадрени истражувања (ЗИЈИ) планира да се обиде да го синтетизира елементот 119 во иднина, но точната временска рамка не е јавно објавена. Кон крајот на 2023 година, ЗИЈИ ја објавил првата успешна синтеза на супертежок елемент со проектил потежок од Ca: U бил бомбардиран со 54Cr за да се направи нов изотоп на ливермориум (елемент 116), Lv. Успешната синтеза на супертежок нуклид во овој експеримент дало неочекувано добар резултат; целта била експериментално да се одреди пресекот на реакцијата со проектили од Cr и да се подготви за синтеза на елементот 120. ЗИЈИ, исто така, алудирал на иден обид да се синтетизира елементот 119 со истиот проектил, бомбардирање на Am со Cr. Тимот од Истражувачкиот објект за тешки јони во Ланжу, кој е управуван од Институтот за современа физика (ИСФ) на Кинеската академија на науките, исто така планира да ја испроба реакцијата Am+ Cr.
1.2 Именување
Користејќи ја номенклатурата на Менделеев за неименувани и неоткриени елементи, Унунениум треба да биде познат како ''ека- франциум''. Користејќи ги препораките на Меѓународниот сојуз за чиста и применета хемија од 1979 година, елементот треба привремено да се нарекува ''ununennium'' (симбол ''Uue'') додека не се открие, 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 работат теоретски или експериментално на супертешки елементи, кои го нарекуваат „елемент 119“, со симболот ''E119'', ''(119)'' или ''само 119''.
2 Предвидени својства
2.1 Јадрена стабилност и изотопи
Стабилноста на јадрата значително се намалува со зголемувањето на атомскиот број по кириумот, елементот 96, чиј полураспад е четири реда на големина подолг од оној на кој било моментално познат елемент со поголем број. Сите изотопи со атомски број над 101 се подложени на радиоактивно распаѓање со полураспад помал од 30 часови. Ниту еден елемент со атомски број над 82 (по олово) нема стабилни изотопи. Сепак, од причини кои се уште не се добро познати, има мало зголемување на јадрената стабилност околу атомските броеви 110 – 114, што доведува до појава на она што во јадрената физика е познато како „остров на стабилноста“. Овој концепт, предложен од професорот на Универзитетот во Калифорнија, Глен Сиборг, објаснува зошто супертешките елементи траат подолго од предвиденото.
Полураспадите на алфа-распади предвидени за <sup>291-307</sup>Uue се од редот на микросекунди. Најдолгиот полураспад на алфа-распаѓање предвиден е ~ 485 микросекунди за изотопот <sup>294</sup>Uue. При факторинг во сите режими на распаѓање, предвидените полураспади се намалуваат дополнително на само десетици микросекунди. Некои потешки изотопи може да бидат постабилни; Фрике и Вабер предвидувале дека <sup>315</sup>Uue е најстабилен изотоп на едногодишно ниво во 1971 година. Ова има последици за синтезата на неуниум, бидејќи изотопите со полураспад под една микросекунда ќе се распаднат пред да стигнат до детекторот, а потешките изотопи не можат да се синтетизираат со судир на која било позната употреблива цел и јадра од проектил. Сепак, новите теоретски модели покажуваат дека очекуваниот јаз во енергијата помеѓу протонските орбитали 2f<sub>7/2</sub> (наполнети во елементот 114) и 2f<sub>5/2</sub> (пополнет во елементот 120) е помал од очекуваното, така што елементот 114 повеќе не изгледа како стабилна сферична затворена јадрена обвивка, а оваа енергетска способност може да ја зголеми стабилноста на елементите 119 и 120. Следното двојно волшебно јадро се очекува да биде околу сферичното <sup>306</sup>Ubb (елемент 122), но очекуваниот низок полураспад и нискиот производствен пресек на овој нуклеид ја прави неговата синтеза предизвик.
Најверојатните изотопи на унунениум што ќе се синтетизираат во блиска иднина се <sup>293</sup>Uue до <sup>296</sup>Uue, бидејќи тие се населени во 3n и 4n каналите на реакциите <sup>243</sup>Am+ <sup>48</sup>Cr и <sup>249</sup>Bk+ <sup>50</sup> Ti.
2.2 Хемиски својства
+ Должините на врската и енергиите на дисоцијација на врската на димерите на алкалните метали. Се предвидуваат податоци за Fr2 и Uue2., Dimer, Bond length(Å), Енергија на разложување на хемиската врска (kJ/mol)
Li, 2.673, 101.9
Na, 3.079, 72.04
K, 3.924, 53.25
Rb, 4.210, 47.77
Cs, 4.648, 43.66
Fr, ~ 4.61, ~ 42.1
Uue, ~ 4.27, ~ 53.4
Се предвидува дека хемијата на унунениумот е слична на онаа на алкалните метали, но веројатно ќе се однесува повеќе како калиум, или рубидиум отколку цезиум или франциум. Ова се должи на релативистичките ефекти, бидејќи во нивно отсуство, периодичните трендови би предвиделе дека унунениумот ќе биде уште пореактивен од цезиумот и франциумот. Оваа намалена реактивност се должи на релативистичката стабилизација на валентниот електрон на униен, зголемувајќи ја првата енергија на јонизација на унунениумот и намалувајќи ги металните и јонските полупречници; овој ефект е веќе забележан за франциум
Хемијата на унунениумот во +1-оксидационата состојба треба да биде повеќе слична на хемијата на рубидиум отколку на франциум. Од друга страна, јонскиот полупречник на јонот Uue + се предвидува да биде поголем од оној на Rb +, бидејќи орбиталите 7p се дестабилизирани и затоа се поголеми од р-орбиталите на долните обвивки. Унунениумот исто така може да ја покаже +3 оксидационата состојба, што не е забележана во ниту еден друг алкален метал, како додаток на +1 оксидационата состојба која е карактеристична за другите алкални метали и е исто така главна оксидациска состојба на сите познати алкални метали: ова е поради дестабилизацијата и проширувањето на неговите7р 3/2 пониска енергија на јонизација од она што инаку би се очекувало. [1] Хемиската активност на 7p 3/2 спинор е предложена да ја направи состојбата на оксидација +5 можна во [UueF6]−, аналогно на [SbF6]− или [BrF6]−. Аналогното соединение на франциум(V), [FrF6] −, исто така може да биде остварливо, но не е експериментално познато.
Се очекува дека многу соединенија на унунениумот ќе имаат голем ковалентен карактер, поради вклучувањето на 7p 3/2 електроните во поврзувањето: овој ефект е забележан во помала мера и кај франциумот, кој покажува одреден придонес од 6p 3/2 во врската во супероксидот на франциум (FrO<2).. Така, наместо унунениумот да биде најелектропозитивен елемент, како што се смета дека покажува едноставната екстраполација, цезиумот ја задржува оваа местоположба, при што електронегативноста на унунениумот најверојатно е блиску до натриумот (0,93 на Полинговата скалата). Стандардниот потенцијал за намалување на парот Uue + /Uue се предвидува да биде −2,9 V, исто како онаа на двојката Fr+/Fr и нешто повеќе од онаа на парот K+/K на -2,931 V.
:
+ Должините на врската и енергиите на дисоцијација на врската на MAu ( метал). Сите податоци се предвидени, освен енергиите на дисоцијација на врската на KAu, RbAu и CsAu., Compound, Bond length(Å), Енергија на разложување на хемиската врска (kJ/mol)
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
Во гасната фаза и при многу ниски температури во кондензираната фаза, алкалните метали формираат ковалентно врзани двоатомски молекули. Должините на врската метал-метал во овие молекули M2 се зголемуваат по групата од Li2 до Cs2, но потоа се намалуваат до Uue2, поради гореспоменатите релативистички ефекти кои ја стабилизираат орбиталата 8s. Спротивниот тренд е прикажан за енергиите на дисоцијација на врската метал-метал. Врската Uue-Uue треба да биде малку посилна од врската K-K. [1] Од овие М2 енергии на дисоцијација, се предвидува енталпијата на сублимација (Δ H sub) на унунениумот да биде 94 kJ/mol (вредноста за франциум треба да биде околу 77 kJ/mol).
Молекулата UueF се очекува да има значаен ковалентен карактер поради високиот електронски афинитет на унунениумот. Врската во UueF е претежно помеѓу 7p орбитала на унунениумот и 2p орбитала на флуор, со помал придонес од 2s орбиталата на флуорот и 8s, 6d z2, и двете други 7p орбитали на унунениумот. Ова е многу различно од однесувањето на елементите на s-блокот, како и на златото и живата, во кои s-орбиталите (понекогаш измешани со d-орбиталите) се тие што учествуваат во поврзувањето. Врската Uue-F е релативистички проширена поради разделувањето на 7p орбиталата на 7p1/2 и 7p< 3/2 спинори, принудувајќи ги поврзувачките електрони во најголемата орбитала мерена според радијалниот обем: слично проширување во должината на врската се наоѓа во хидридите At H и TsH. Врската Uue–Au треба да биде најслабата од сите врски помеѓу златото и алкалниот метал, но сепак треба да биде стабилна. Ова дава екстраполирани средни адсорпциски енталпии (−Δ H ads ) од 106 kJ/mol на злато (вредноста на франциум треба да биде 136 kJ/mol), 76 kJ/mol на платина и 63 kJ/mol на среброто, најмалиот од сите алкални метали, што покажува дека би било изводливо да се проучи хроматографската адсорпција на унунениумот на површини направени од благородни метали. Енталпијата на адсорпција на унунениумот на тефлонска површина се предвидува да биде 17,6 kJ/mol, што би било најниско меѓу алкалните метали. ads на Δ H sub и −Δ H на алкалните метали се менуваат во спротивни насоки како што се зголемува атомскиот број.
2.3 Атомски и физички својства
Како елемент од првата периода 8, се предвидува дека унунениумот е алкален метал, заземајќи го своето место во периодниот систем под литиум, натриум, калиум, рубидиум, цезиум и франциум. Секој од овие елементи има по еден валентен електрон во најоддалечената s-орбитала (конфигурација на валентни електрони n s<sup>1</sup>), која лесно се губи во хемиските реакции за да формира +1 оксидациона состојба: така, алкалните метали се многу реактивни елементи. Се предвидува дека унунениумот ќе го продолжи трендот и ќе има конфигурација на валентни електрони од 8s<sup>1</sup>. Затоа се очекува да се однесува слично како неговите полесни конгенери; сепак, се предвидува и дека ќе се разликува од полесните алкални метали по некои својства.
Главната причина за предвидените разлики помеѓу унунениумот и другите алкални метали е заемното дејство спин-орбита (СО) - меѓусебната интеракција помеѓу движењето на електроните и спинот. Интеракцијата на СО е особено силна за супертешките елементи бидејќи нивните електрони се движат побрзо - со брзина споредлива со брзината на светлината - отколку оние во полесни атоми. Во атомите на унунениум, тој ги намалува нивоата на енергија на електроните 7p и 8s, стабилизирајќи ги соодветните електрони, но две од нивоата на енергија на електроните 7p се постабилизирани од другите четири. Ефектот се нарекува разделување на подобвивката, бидејќи ја дели 7p подобвивката на повеќе стабилизирани и помалку стабилизирани делови. Пресметковните хемичари ја разбираат поделбата како промена на вториот (азимутален) квантен број ℓ од 1 во  и за постабилизираните и помалку стабилизираните делови од 7p подобвивка, соодветноТака, надворешниот 8s електрон на унунениумот се стабилизира и станува потешко да се отстрани отколку што се очекувало, додека електроните 7p 3/2 се соодветно дестабилизирани, можеби дозволувајќи им да учествуваат во хемиските реакции. Ова стабилизирање на најоддалечената s-орбитала (веќе значајна во франциум) е клучниот фактор што влијае на хемијата на унунениумот и предизвикува сите трендови за атомските и молекуларните својства на алкалните метали да ја сменат насоката по цезиумот
Поради стабилизирањето на неговиот надворешен електрон 8s, првата енергија на јонизација на унунениумот - енергијата потребна за отстранување на електрон од неутрален атом - се предвидува да биде 4,53 eV, повисоки од оние на познатите алкални метали од калиум па наваму. Овој ефект е толку голем што се предвидува дека унбиуниумот (елементот 121) има помала енергија на јонизација од 4,45 eV, така што алкалниот метал во периодот 8 нема да има најниска енергија на јонизација во периодот, како што е точно за сите претходни периоди. Афинитетот за електрони на Унунениумот се очекува да биде далеку поголем од оној на цезиумот и франциумот; така, се очекува Унунениумот да има афинитет на електрони повисок од сите алкални метали полесни од него на околу 0,662 eV, блиску до онаа на кобалтот (0,662 eV) и хром (0,676 eV). Релативистичките ефекти, исто така, предизвикуваат многу голем пад на поларизираноста на унунениумот до 169,7 au Статичката диполска поларизација (αD) на унунениумот, количество за кое влијанијата на релативноста се пропорционални со квадратот на атомскиот број на елементот, е пресметано дека е мала и слична на онаа на натриумот.
Се предвидува дека електронот од атомот на недвижен атом сличен на водород - оксидиран така што има само еден електрон, Uue<sup>118+</sup>—ќе се движи толку брзо што неговата маса е 1,99 пати поголема од онаа на електрон што не се движи, што е последица на релативистички ефекти. За споредба, бројката за франциум сличен на водород е 1,29, а за цезиум сличен на водород е 1,091. Според едноставни екстраполации на законите на релативноста, тоа индиректно укажува на контракција на атомскиот полупречник на околу 240 pm, многу поблиску до онаа на рубидиумот (247 pm); металниот полупречник е исто така соодветно намален на 260 pm. Јонскиот полупречник на Uue+ се очекува да биде 180 pm
Се предвидува дека унунениумот ќе има точка на топење помеѓу 0 °C и 30 °C: затоа може да биде течност на собна температура. Не е познато дали ова го продолжува трендот на намалување на точките на топење низ групата, бидејќи точката на топење на цезиумот е 28,5 °C и франциум се проценува дека е околу 8,0 °C. Се очекува дека точката на вриење на унунениумот ќе биде околу 630 °C, сличен на оној на франциумот, се проценува дека е околу 620 °C; ова е пониско од точката на вриење на цезиумот од 671 °C. Различно се предвидувало густината на унунениумот да биде помеѓу 3 и 4 g/cm 3, продолжувајќи го трендот на зголемување на густината низ групата: густината на франциумот е проценета на 2,48 g/cm3, а онаа на цезиумот е познато дека е 1,93 g/cm3.
3 Библиографија
*****