Ununseptio

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117
Uus
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Tabla completaTabla ampliada
Información general
Nombre, símbolo, número Ununseptio, Uus, 117
Serie química Halógenos
Grupo, período, bloque 17, 7, p
Masa atómica 293 u
Configuración electrónica [Rn] 5f14 6d10 7s2 7p5
(predicción)
Electrones por nivel 2, 8, 18, 32, 32, 18, 7
(predicción) (imagen)
Propiedades atómicas
Radio covalente 165 (estimado)[1]  pm
Estado(s) de oxidación −1, +1, +3, +5 (predicción)[2]
1.ª Energía de ionización 742,9 (predicción)[2]  kJ/mol
Propiedades físicas
Estado ordinario Sólido (predicción)
Punto de fusión 573–773 K (300–500 °C) (predicción)[2]
Punto de ebullición 823 K (550 °C) (predicción)[2]
Varios
N° CAS 54101-14-3
Isótopos más estables
Artículo principal: Isótopos del ununseptio
iso AN Periodo MD Ed PD
MeV
294Uus Sintético 78
(+370, -36) ms
α 10,81 290Uup
293Uus Sintético 14
(+11, -4) ms
α 11,11 11,00 10,91 289Uup
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.

Ununseptio (en inglés y oficialmente ununseptium, pronunciado Acerca de este sonido /uːn.uːnˈsɛptiəm/ ) es el nombre temporal de un elemento sintético superpesado de la tabla periódica de los elementos cuyo símbolo temporal es Uus y su número atómico 117. Este elemento, también conocido como eka-astato o simplemente elemento 117, es el segundo elemento más pesado creado hasta ahora, y el penúltimo del séptimo período en la tabla periódica de los elementos.

Su descubrimiento se anunció en 2010, y su síntesis se reivindicó en Dubna, Rusia, por un grupo de colaboración entre rusos y estadounidenses, por lo que es el elemento más recientemente descubierto.[3] Un experimento en 2011 creó directamente uno de sus isótopos, confirmando parcialmente los resultados del experimento de descubrimiento; además, el experimento original fue repetido exitosamente en el 2012. Sin embargo, el grupo formado por la IUPAC y la IUPAPIUPAC/IUPAP Joint Working Party—, que se encarga de examinar los reclamos de descubrimientos de elementos superpesados, no hizo comentarios sobre si el elemento ha sido reconocido como descubierto. Una vez que esté reconocido como tal, podrá recibir un nombre permanente que será sugerido para el elemento por sus creadores; y ununseptio es un nombre de elemento sistemático y temporal con la intención de ser usado antes de que sea establecido el nombre definitivo.[4] No obstante, este es comúnmente llamado elemento 117 por investigadores y en la literatura, en lugar de «ununseptio».

En la tabla periódica, ununseptio está ubicado en el grupo 17,[nota 1] y todos los miembros anteriores son halógenos. Sin embargo, es probable que Uus tenga propiedades significativamente diferentes de los halógenos, aunque unas pocas propiedades como el punto de fusión y el punto de ebullición tanto como la primera energía de ionización, se esperan que sigan las tendencias periódicas. Los científicos están de acuerdo en que los isótopos de ununseptio más livianos son muy inestables, mientras que hay signos de que algunos isótopos de ununseptio más pesados podrían ser muy estables.

Historia[editar]

Antes del descubrimiento[editar]

En 2004 el equipo del Instituto Central de Investigaciones Nucleares en Dubna (en el óblast de Moscú, Rusia), propuso un experimento para sintetizar el elemento 117 —llamado así por los 117 protones en su núcleo atómico— que requirió una fusión nuclear de un blanco de berkelio (elemento 97) con un haz de calcio (elemento 20).[5] Sin embargo, el equipo del Laboratorio Nacional Oak Ridge de los Estados Unidos, el único productor de berkelio en el mundo en aquellos días, no pudo proporcionarles alguna muestra, citando la falta de producción de ese exótico material. Los planes para sintetizar el elemento 117 fueron dejados de lado temporalmente en favor de la síntesis del elemento 118, que fue producido bombardeando un blanco de californio con calcio.[6]

El equipo ruso deseaba usar un elemento el cual no podían acceder debido a la naturaleza del haz de calcio: el isótopo de calcio usado en el haz, calcio-48, tiene veinte protones y veintiocho neutrones; este es el núcleo más ligero que es estable o casi estable con tal exceso de neutrones.[nota 2] El segundo núcleo más ligero, zinc-68 es mucho más pesado.[7] El haz fue hecho en Rusia extrayendo químicamente[8] las pequeñas cantidades de calcio-48 presente en el calcio natural de la tierra del resto del calcio natural.[9] Así los núcleos resultantes se vuelven más pesados y más cerca de la buscada isla de estabilidad.[10]

Descubrimiento[editar]

A very small sample of a blue liquid in a plastic pipette held by a hand wearing heavy protection equipment
El objetivo de berkelio usado para la síntesis (en una solución).
La cadena de desintegración de los isótopos de ununseptio producidos. Las cifras cerca de las flechas describen las características de desintegración: período de semidesintegración y energía de desintegración. Para cada par de valores, el superior se obtuvo experimentalmente (en negro), mientras que el inferior fue teóricamente previsto (en azul).[11]

En 2008, el equipo americano relanzó el programa de producción de berkelio, y el equipo ruso fue contactado para notificarle acerca de la nueva producción del elemento.[5] La producción dio como resultado veintidós miligramos de berkelio, suficientes para llevar a cabo el experimento.[12] El berkelio se enfrió subsiguientemente y químicamente purificado, cada uno de los cuales tomó noventa días.[13] El objetivo de berkelio tuvo que ser llevado a Rusia rápidamente, ya que el período de semidesintegración de los isótopos de berkelio usados (berkelio-249) es de únicamente trescientos treinta días, lo que significa que luego de este período, la mitad de éste ya no será berkelio. De hecho, si el experimento no hubiera comenzado dentro de los seis meses posteriores de la obtención del objetivo de berkelio, habría tenido que ser cancelado debido a las cantidades insuficientes de berkelio, rápidamente en descomposición.[13] En el verano boreal de 2009, el objetivo fue empaquetado dentro de cinco recipientes de plomo para ser enviados en un vuelo comercial desde Nueva York hacia Moscú.[13]

Los equipos tuvieron que lidiar con anticipación con la barrera burocrática entre los dos países para permitir el viaje de manera puntual del objetivo a Rusia. Esto, sin embargo, no impidió que dichos problemas ocurrieran: documentación faltante o incompleta condujo dos veces a la aduana rusa a no permitir que el objetivo entrase al país. Una vez se permitió la entrada del «objetivo», se transfirió a Dimitrovgrad, en el óblast de Ulyanovsk, para ser fijado en una película delgada de titanio, y luego ser llevada a Dubna donde fue instalado en el acelerador de partículas del Instituto Central de Investigaciones Nucleares —el más potente del mundo— para la síntesis de elementos superpesados.[12]

El experimento comenzó en junio del 2009 y, en enero del 2010, científicos del Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares anunciaron que detectaron con éxito la desintegración de un nuevo elemento con número atómico 117 a través de dos cadenas de isótopos impares (experimentando seis desintegraciones alfa antes de una fisión espontánea) y de otro par-impar (con tres desintegraciones alfa antes de la fisión).[14] [15] El 9 de abril de 2010 un reporte oficial fue lanzado en la revista Physical Review Letters. Se reveló que los isótopos mencionados en cadenas previas referían al 294Uus y 293Uus, formados como sigue a continuación:[11]


\,^{48}_{20}\mathrm{Ca} + \,^{249}_{97}\mathrm{Bk} \to \,^{297}_{117}\mathrm{Uus} ^{*} \to \,^{294}_{117}\mathrm{Uus} + 3\,^{1}_{0}\mathrm{n} (un evento)
\,^{48}_{20}\mathrm{Ca} + \,^{249}_{97}\mathrm{Bk} \to \,^{297}_{117}\mathrm{Uus} ^{*} \to \,^{293}_{117}\mathrm{Uus} + 4\,^{1}_{0}\mathrm{n} (cinco eventos)


Antes de la síntesis del ununseptio, ninguno de los isótopos productos de desintegración del ununseptio eran conocidos;[11] en consecuencia, no había una base para que un reclamo ante la Joint Working Party (JWP) de la IUPAC fuera tenido en consideración, y mucho menos para su reconocimiento. El ununpentio-289, uno de los subproductos de la desintegración del ununseptio, fue creado directamente en el 2011, en vez de ser creado indirectamente desde la desintegración del ununseptio.[16] Sin embargo, los descubridores no presentaron un reclamo por el descubrimiento del ununseptio cuando la JWP estaba revisando los reclamos de descubrimientos de elementos más allá del copernicio.[17] El grupo de Dubna repitió el experimento en el 2012 exitosamente, confirmando así la síntesis del ununseptio y dando un paso más cerca de la entrada oficial del elemento en la tabla periódica. Los científicos presentaron un documento de registro del elemento,[18] y un miembro nuevo del personal de JWP inició el trabajo para la asignación de prioridad de la solicitud.[19]

Denominación[editar]

Utilizando la nomenclatura de Mendeleiev para los elementos no identificados y sin descubrir, el ununseptio debería ser conocido como eka-astato o dvi-iodo. En 1979 la UIPAC publicó recomendaciones con el fin de que el elemento fuera llamado Ununseptio (con el correspondiente símbolo de Uus),[20] de acuerdo a la denominación sistemática de elementos, como una manera de referirse al elemento de manera temporal, hasta que el descubrimiento del mismo sea confirmado y se le asigne su nombre permanente.[4] Las recomendaciones son en su mayoría ignoradas entre los científicos, quienes lo llaman "elemento 117", con el símbolo de (117) o incluso simplemente 117.[2]

Aún no ha sido sugerido un nombre oficial para el elemento. No obstante los descubridores tendrán el derecho de sugerir un nombre, tan pronto como sea reconocido por la JWP. Una autoridad de Dubna dijo en junio de 2012 que esto «podría tardar un año» antes de que esto suceda.[18]

Propiedades previstas[editar]

Estabilidad nuclear e isótopos[editar]

A 3D graph of stability of elements vs. number of protons Z and neutrons N, showing a "mountain chain" running diagonally through the graph from the low to high numbers, as well as an "island of stability" at high N and Z.
La síntesis del ununseptio sirve como una prueba definitiva de la "isla de la estabilidad", de acuerdo a sus descubridores.[21]

La estabilidad de los núcleos disminuye en gran medida con el aumento en el número atómico después del plutonio, el más pesado elemento primordial, de manera que todos los isótopos con un número atómico superior a 101 tienen un decaimiento radiactivo con una vida media de menos de un día, con la excepción del dubnio-268. No hay elementos con números atómicos por encima de 82 (después del plomo) que tenga isótopos estables.[22] Sin embargo, debido a razones aún no muy bien comprendidas hasta el momento, hay un ligero aumento estabilidad nuclear alrededor de los números atómicos 110-114, lo que conduce a la aparición de lo que es conocido en física nuclear como la «isla de estabilidad». Este concepto, propuesto por el profesor Glenn Seaborg de la Universidad de California, explica por qué los elementos superpesados ​​duran más de lo previsto.[23] El ununseptio es el segundo elemento más pesado de todos los creados hasta el momento, y es radiactivo, que tiene una vida media que parece ser de menos de un segundo. Sin embargo esto es todavía más largo que los valores previstos en el informe del descubrimiento.[11] El grupo de Dubna cree que la síntesis del elemento es una prueba experimental directa de la existencia de la isla.[21]

Cálculos utilizando un modelo de túnel cuántico predicen la existencia de varios isótopos de ununseptio con períodos de semidesintegración alfa de hasta los 40 milisegundos, culminando en 296Uus (la investigación termina en 303Uus).[24] Un estudio más detallado por el Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas en isótopos del elemento ununseptio muestra resultados similares. En particular, se ha previsto que 296Uus es el isótopo más estable en esa región; en ambos casos, no obstante, las diferencias están dentro de los límites del error de cálculo.[nota 3] Sin embargo, este último va más lejos hasta 337Uus y revela una tendencia al aumento general de la estabilidad para isótopos más pesados que 301Uus, un isótopo que tiene 184 neutrones. 184 es considerado que es un número mágico en física, que se cree que proporciona estabilidad adicional. 309Uus y todos los isótopos más pesados se espera que sean más estables que los dos isótopos sintetizados; 326Uus podría tener una vida media de más de trescientos años y el isótopo más pesado para el cual existen predicciones, 337Uus, debería tener una vida media de alrededor de 1016 años.[25] [nota 4]

Line graph showing predicted half-lives of the ununseptium isotopes from ununseptium-278 to ununseptium-337
Vidas medias predichas para sesenta isótopos de ununseptio, desde 278Uus al 337Uus.[25] Unas líneas coloreadas fueron incluidas como ayuda visual.

Propiedades atómicas y físicas[editar]

Configuración electrónica del ununseptio.

Ununseptio es un miembro del grupo 17 en la tabla periódica, debajo de los cinco halógenos (flúor, cloro, bromo, iodo y astato). Cada elemento del grupo 17 tiene siete electrones en su capa de valencia, formando una configuración de electrones de valencia de ns2np5. En el caso del ununseptio, la tendencia se mantendrá y la configuración de electrones de valencia se predice que será 7s27p5;[2] por lo tanto, el ununseptio se comportará de manera similar a los halógenos en muchos aspectos.

Sin embargo, es probable que surjan diferencias notables; un efecto que contribuye en gran parte a esto es la interacción espín-órbita—la interacción mutua entre el movimiento de los electrones y su espín. Esta es especialmente fuerte para los elementos superpesados, porque sus electrones se mueven mucho más rápidos que los electrones en elementos más livianos, a velocidades comparables a la velocidad de la luz. Aquí es donde surgen las diferencias.[26] Con respecto a los átomos de ununseptio, éstos disminuyen los niveles de energía de electrones 7s y 7p (estabilizando los correspondientes electrones), pero dos de los niveles de energía de electrones 7p están más estabilizados que los otros cuatro.[27] La estabilización de los electrones de 7p se le llama el efecto del par inerte, y el efecto de romper la subcapa de 7p en una parte más estabilizada y otra menos, se le llama división de subcapa. Químicos computacionales ven a esta división como un cambio del número cuántico azimutal desde 1 a 1/2 y 3/2 para las partes más y menos estabilizadas de la subcapa 7p, respectivamente.[28] [nota 5] Para muchos propósitos teóricos, la configuración del electrón de valencia se puede representar para reflejar la división de la subcapa 7p como 7s2
7p2
1/2
7p5
3/2
.[2]

También existen diferencias en otros niveles de electrones. Por ejemplo, los niveles de electrones 6d (también divididos en mitades, cuatro de ellos siendo 6d3/2 y seis siendo 6d5/2) ambos son elevados, de modo que están cerca en energía de aquellos del 7s,[27] aunque no se han previsto para el elemento una química del electrón 6d. La diferencia entre los niveles 7p1/2 y 7p3/2 es anormalmente alta, siendo 9.8 eV.[27] La división de la subcapa 6p del astato sólo es de 3.8 eV,[27] y la química en 6p1/2 ya ha sido llamada como "limitada".[29] Todos esos efectos causan que la química del ununseptio difiera de la de sus vecinos superiores (véase más abajo).

Niveles de energía atómica para los electrones s, p y d más externos del astato y del ununseptio.

La primera energía de ionización (la energía requerida para remover un electrón de un átomo) se prevé que sea 7.7 eV, más baja que la de los halógenos, otra vez siguiendo la tendencia.[2] El ununseptio también está en consonancia con sus vecinos en la tabla periódica, en que se espera que tenga la menor afinidad electrónica (energía emitida cuando un electrón es agregado a un átomo) en su grupo, de 2.6 o incluso 1.8 eV.[2] El electrón del átomo hidrogenoide de ununseptio (oxidado de manera que sólo tiene un electrón, Uus116+) se prevé que se mueva tan rápido que tiene una masa de 1.9 comparado con un electrón sin movimiento, una característica que proviene de los efectos relativistas. Como comparación, la cifra es 1.27 para el astato hidrogenoide y 1.08 para el iodo hidrogenoide.[30] De acuerdo a simples extrapolaciones de las leyes de la relatividad, aquello indirectamente indica la contracción del radio atómico;[30] sin embargo, cálculos avanzados muestran que el radio de un átomo de ununseptio que ha formado un enlace covalente sería 165 pm, mientras que el radio de astato sería de 147 pm.[31] Con siete electrones de los más externos eliminados, el ununseptio finalmente es más pequeño: 57 pm[2] el ununseptio y 61 pm[32] el astato.

Los puntos de fusión y ebullición del ununseptio no son completamente conocidos. Documentos anteriores predijeron alrededor de 350–500 °C y 550 °C respectivamente,[2] o incluso 350–550 °C y 610 °C respectivamente.[33] Esos valores excedían los valores del astato (y todos los que le precedían), siguiendo las tendencias periódicas. Un documento posterior, no obstante, predice que el punto de ebullición del ununseptio sería 345 °C,[34] (el del astato se estima en 309 °C,[35] 337 °C,[36] o 370 °C,[37] aunque se han reportado valores experimentales de 230 °C[38] y 411 °C).[32]

Propiedades químicas[editar]

Los miembros anteriores del grupo comúnmente aceptan otro electrón para lograr una configuración electrónica estable de un gas noble, teniendo ocho electrones en su capa de valencia (regla del octeto), el cual es la mínima configuración de energía en el que los electrones exteriores están ligados fuertemente.[39] Esta capacidad va debilitando el grupo: como se ha mencionado, el ununseptio sería el menos predispuesto a aceptar un electrón entre el grupo de elementos 17 (el astato ya forma un estado de oxidación positiva en su hidruro. De hecho, fuera de los estados de oxidación que se prevé que el elemento forme, se piensa que −1 sea el menos común.[2]

Hay otra oportunidad en el ununseptio para completar el octeto para formar un enlace covalente. Por consiguiente, cuando dos átomos de ununseptium se reúnen, se espera que formen un enlace Uus–Uus para emitir moléculas diatómicas, justo como los halógenos. El enlace sigma se calcula para mostrar un carácter antienlazante grande en la molécula de At2; se prevé que el ununseptio continúe la tendencia y debería ser visto un fuerte carácter pí en el enlace de Uus2.[2] [40] La molécula UusCl se predice que vaya más lejos, siendo enlazada con un enlace pi simple.[40]

Aparte del mencionado estado -1 inestable, se predicen que hayan tres estados de oxidación más: +5, +3 y +1, con el último de ellos especialmente más estable debido a la desestabilización de los tres electrones más externos de 7p3/2, creando energía alta en el campo espinorial por ellos, haciendo una configuración de subcapa a medio llenar estable;[2] el astato ya muestra efectos algo similares.[41] El estado +3 puede parecerse al del Au3+ en el comportamiento de intercambio de iones en un ambiente de haluro;[2] la extrapolación simple del hecho de que los electrones 7p3/2 son relativamente desestabilizados (comparado con los electrones 7p1/2), sugiere que este estado de oxidación también debería ser importante. El estado +5 se prevé que sea poco común, ya que los electrones 7p1/2 son (opuestamente) estabilizados.[2] El estado +7 no se ha demostrado que exista (incluso computacionalmente); además, dado que los electrones 7s son muy estabilizados, se ha planteado la hipótesis de que el núcleo de valencia del elemento es de sólo cinco electrones.[42]

IF3 tiene una configuración en forma T
IF3 tiene una configuración en forma T
UusF3 se prevé que tenga una configuración trigonal
UusF3 se prevé que tenga una configuración trigonal

El compuesto de ununseptio más simple posible es el monohidruro UusH. El enlace es provisto por un electrón 7p3/2 de ununseptio y el electrón 1s del hidrógeno. La naturaleza no enlazante del espinor 7p1/2 se debe a que no se espera que el ununseptio forme puramente enlaces sigma o pi.[43] Por ello, el espinor 7p3/2, desestabilizado (y por lo tanto expandido), es responsable de la unión.[44] Este efecto alarga la molécula UusH en 17 picómetros (en comparación con la longitud total de 195 pm).[43] Como los enlaces de electrones p son de dos tercios sigma, el enlace es sólo dos tercios tan fuerte como lo sería si el ununseptio no contara con interacciones SO.[43] De esta manera, la molécula sigue la tendencia de los hidruros en los halógenos, mostrando un aumento en la longitud del enlace y una disminución de la energía de disociación, en comparación con el hidruro de astato (AtH). En las moléculas TlUus y UutUus podría ser visto de manera análoga, tomando en cuenta el efecto opuesto demostrado de que los electrones p1/2 de los metales son estables. Esos dos resultados, en un momento dipolar relativamente pequeño para el TlUus, sólo 1.67 D (el valor positivo implica que la carga negativa está en el átomo de ununseptio); y para el UutUus, los la resistencia de los efectos causaron una transferencia de un electrón desde el átomo de ununseptio hacia el átomo de ununtrio, siendo el valor del momento de dipolo de 1.80 D.[45] En vista de los daros del UusH, es interesante que la interacción SO aumenta la energía de disociación para la molécula de UusF. Esto se debe a que reduce la electronegatividad del ununseptio, causando que el enlace con el flúor (extremadamente electronegativo) tenga un carácter más iónico.[43] De hecho, el monofluoruro de ununseptio debería presentar el enlace más fuerte de todos los monofluoruros del grupo 17.[43]

La Teoría de Repulsión de Pares de Electrones de Valencia (TREPEV) predice que los trifluoruros del grupo 17 tengan una geometría molecular en forma de T. Todos los trifluoruros de halógeno conocidos tienen esta geometría molecular, con una estructura AX3E2 (un átomo central, indicado como A, rodeado por tres ligandos, X, y dos pares de electrones no compartidos, E). Si los efectos de la relatividad no son tomados en cuenta, Uus3 también debería seguir a sus congéneres más livianos con respecto a tener una geometría molecular en forma de T. No obstante, puesto que la capa 7s del ununseptio no debería participar del todo en reacciones químicas, en su lugar la teoría TREPEV predice una geometría molecular piramidal trigonal (AX3E1). Predicciones más sofisticadas muestran que esta geometría molecular no sería energéticamente favorable para UusF3, prediciendo en su lugar una geometría molecular trigonal plana (AX3E0) hacia arriba. Esto demuestra que la teoría TREPEV no puede sostenerse consistentemente para los elementos superpesados.[42] Además, esta molécula se estabiliza de manera muy significativa por las interacciones SO; una posible lógica podría ser —de nuevo— la gran diferencia de electronegatividad entre el ununseptio y el flúor, dando al enlace un carácter parcialmente iónico.[42]

Notas[editar]

  1. El término "grupo 17" se refiere al grupo, o columna vertical en la tabla periódica, que comienza con el flúor. Esto es distinto del término "halógenos", que se refiere exclusivamente a los elementos flúor, cloro, bromo, iodo, y astato.
  2. La particularidad de este isótopo de calcio radica en que se considera que es «doblemente mágico» debido a que su número de neutrones y de protones, veintiocho y veinte respectivamente, son ambos considerados «números mágicos» en la física, lo que le otorga al isótopo una estabilidad inusual.
  3. Esta investigación obtiene el total de vidas medias, no sólo la desintegración alfa-vidas medias.
  4. La vida media de tres de los isótopos más pesados estudiados en el reporte, 334Uus, 336Uus, y 337Uus, se prevé que exceda la edad de la Tierra, lo que significa que podrían haber sobrevivido hasta el presente si hubieran sido creados alguna vez; otros tres isótopos se espera que tengan vidas medias superiores a los ochenta millones de años, la vida media del 244Pu (el último núcleo primordial más estable), por lo que, si hubieran sido creados en suficiente cantidad, éstos podrían haber sobrevivido hasta el día de hoy.
  5. El número cuántico corresponde a la letra en el nombre del orbital del electrón: 0 para s, 1 para p, 2 para d, etc. Véase número cuántico azimutal para más información

Referencias[editar]

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Bibliografía[editar]

Véase también[editar]

Enlaces externos[editar]