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.
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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. 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.

Su descubrimiento se anunció en 2010 y fue fruto de una colaboración entre científicos rusos y estadounidenses en el Instituto Central de Investigaciones Nucleares de Dubná, Rusia.[3] En un experimento en 2011, se creó directamente uno de sus productos de desintegración, confirmando parcialmente los resultados del experimento inicial; el experimento, además, fue repetido con éxito en 2012. En 2014, el Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados de Alemania también afirmó haber reproducido el experimento original.[4] Sin embargo, el grupo formado por la IUPAC y la IUPAPIUPAC/IUPAP Joint Working Party—, que se encarga de examinar las reivindicaciones de descubrimientos de elementos superpesados, no lo había confirmado como descubierto a fecha de junio de 2014. Una vez que esté reconocido como tal, podrá recibir un nombre permanente, sugerido por sus creadores, para reemplazar a ununseptio, un nombre sistemático y temporal para denominar al elemento.[5]

En la tabla periódica, el ununseptio está ubicado en el grupo 17,[nota 1] cuyos miembros de número atómico menor son halógenos. Sin embargo, es probable que el ununseptio tenga propiedades significativamente diferentes de las del resto de elementos del grupo, aunque se prevé que el punto de fusión, el punto de ebullición y la primera energía de ionización sigan las tendencias periódicas. Los isótopos sintetizados hasta ahora son el ununseptio-293, con una vida media de aproximadamente 14 milisegundos, y ununseptio-294, con una vida media de alrededor de 78 milisegundos; esto parece confirmar la existencia de la isla de estabilidad. Asimismo, las predicciones teóricas prevén que los isótopos de ununseptio-309 y superiores sean aún más estables.

Historia[editar]

Antes del descubrimiento[editar]

En 2004, el equipo del Instituto Central de Investigaciones Nucleares en Dubná (en el óblast de Moscú, Rusia), propuso un experimento para sintetizar el elemento 117 —llamado así por los 117 protones en su núcleo atómico— mediante la fusión nuclear de un blanco de berkelio (elemento 97) con un haz de iones de calcio (elemento 20). El equipo del Laboratorio Nacional Oak Ridge de los Estados Unidos, el único productor de berkelio en el mundo en aquellos días, decidió iniciar la síntesis del material para el blanco en conjunción con la producción de californio para fines comerciales, tan pronto como esta fuera puesta en marcha.[6] Mientras tanto, los planes para sintetizar el elemento 117 fueron dejados de lado temporalmente en favor de la síntesis del elemento 118, producido mediante el bombardeo de un blanco de californio con iones de calcio.[7]

El equipo ruso deseaba usar el isótopo de calcio-48 debido a que tiene veinte protones y veintiocho neutrones; este es el núcleo más ligero con tal exceso de neutrones que es estable o casi estable. La inusual estabilidad de este isótopo de calcio radica en que es «doblemente mágico» debido a que cuenta con «números mágicos» tanto de neutrones como de protones, veintiocho y veinte respectivamente. El siguiente núcleo de semejantes características, zinc-68, es ya mucho más pesado.[8] El haz de iones de calcio fue preparado en Rusia separando químicamente[9] las pequeñas cantidades de calcio-48 presentes en el calcio natural de la tierra.[10] Los núcleos resultantes de la fusión de isótopos ricos en neutrones son más pesados y se encuentran más cerca de la buscada isla de estabilidad.[11]

Descubrimiento[editar]

Una pequeña muestra de un líquido azul en una pipeta de plástico, sostenida por una mano protegida por un guante grueso.
Berkelio en solución usado para la síntesis
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. Se muestran dos valores: el superior, en negro, se midió experimentalmente, mientras que el inferior, en azul, es la predicción teórica.[12]

En 2008, el equipo americano inició la producción del blanco de berkelio en el laboratorio de Oak Ridge para el experimento. Tras irradiar curio-244 con partículas alfa durante un total de 250 días, se obtuvieron 22 mg of berkelio, con etapas posteriores de enfriamiento y purificación que sumaron seis meses.[13] [6] El período de semidesintegración del isótopo de berkelio usado (berkelio-249) es de únicamente trescientos treinta días, transcurridos los cuales la mitad de este se transforma en otros elementos, por lo que el equipo determinó un plazo de seis meses a partir de la purificación del blanco para iniciar el experimento, pues más tarde podría no quedar la suficiente cantidad de elemento para llevar a cabo la síntesis del ununseptio.[6] En el verano boreal de 2009, el berkelio se transportó en un vuelo comercial desde Nueva York a Moscú empaquetado dentro de cinco recipientes de plomo.[6]

La llegada del berkelio a Dubna se retrasó varios días, debido a documentación faltante o incompleta, lo que condujo a que la aduana rusa no permitiera la entrada del material al país y lo devolviera a los Estados Unidos dos veces, hasta que finalmente pudo ingresar a Rusia.[6] Una vez permitida la entrada del «blanco», este se transfirió a Dimitrovgrad, en el óblast de Ulyanovsk, para ser fijado en una película delgada de titanio y luego ser llevada a Dubná, 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.[13]

El experimento comenzó en junio del 2009 y en enero del 2010 científicos del Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares anunciaron que habían detectado con éxito la desintegración de un nuevo elemento con número atómico 117 a través de dos cadenas de isótopos impar-impar mediante seis desintegraciones alfa antes de una fisión espontánea, y de otro par-impar,[nota 2] con tres desintegraciones alfa antes de la fisión.[14] Según el informe oficial publicado el 9 de abril de 2010 en la revista Physical Review Letters, dichos isótopos eran el ununseptio-294 y el ununseptio-293 respectivamente, formados como sigue a continuación:[12]


\,^{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, no se conocía ninguno de sus isótopos productos de desintegración;[12] por lo tanto, no había una base para una reclamación del descubrimiento ante el comité de la IUPAC y mucho menos para su reconocimiento. El ununpentio-289 —uno de los productos de desintegración del ununseptio— fue sintetizado de forma directa en 2011 —en lugar de haberse obtenido a partir de la desintegración del ununseptio—; a pesar de la distinta vía de obtención las propiedades de desintegración medidas en este experimento coincidieron con las del descubrimiento del ununseptio.[15] Sin embargo, los descubridores no reivindicaron el descubrimiento del ununseptio cuando el comité encargado estaba revisando los reclamos de descubrimientos de elementos más allá del copernicio.[16] El grupo de Dubna repitió exitosamente el experimento original en 2012, confirmando así la síntesis del ununseptio. Los científicos presentaron una solicitud para registrar de forma oficial el elemento,[17] y los presidentes de IUPAC and IUPAP formaron un nuevo comité conjunto de trabajo para asignar el derecho de descubrimiento.[18] El 2 de mayo de 2014, científicos del Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados, en Darmstadt, aseguraron haber confirmado el descubrimiento del ununseptio[19] [20] [4] y de un nuevo isótopo: lawrencio-266, obtenido de la desintegración alfa del dubnio-270; este modo de desintegración no fue observado en los experimentos de Dubna, donde el dubnio-270 experimentó una fisión espontánea.[21] [22]

Denominación[editar]

Utilizando la nomenclatura de Mendeléyev para los elementos no identificados y sin descubrir, el ununseptio debería ser conocido como «eka-astato» o «dvi-iodo». En 1979, la UIPAC publicó una serie de recomendaciones para la nomenclatura de elementos de número atómico mayor que 100, que resultaron en el nombre ununseptio y el correspondiente símbolo de Uus,[23] 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.[5] Conforme a este sistema, el nombre temporal literalmente significa 117 (uno-uno-siete).[23] 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]

Cuando el descubrimiento se confirme, los descubridores tendrán el derecho de sugerir un nombre; aunque una autoridad de Dubna expresó en junio de 2012 que podría tardar un año antes de que esto suceda.[17]

Propiedades previstas[editar]

Estabilidad nuclear e isótopos[editar]

Gráfico en tres dimensiones de la estabilidad de los elementos en función del número de protones Z y de neutrones N que tiene forma de cadena montañosa orientada a lo largo de la diagonal del gráfico, con una "isla de estabilidad" para valores altos de N y Z.
El periodo de semidesintegración del ununseptio constituye una prueba experimental definitiva de la "isla de la estabilidad", de acuerdo a sus descubridores.[24]

Ningún elemento con un número atómico por encima de 82 —correspondiente al plomo— cuenta con isótopos estables. La estabilidad de los núcleos disminuye rápidamente para los elementos con un número atómico mayor que el del plutonio, el elemento primordial más pesado, y ningún isótopo con más de 101 protones sintetizado hasta la fecha tiene una vida media superior a un día, con la excepción del dubnio-268.[25] Sin embargo, debido a razones aún no muy bien comprendidas, la estabilidad nuclear aumenta ligeramente alrededor de los números atómicos 110-114, lo que se conoce en física nuclear como la «isla de estabilidad». Este concepto, propuesto por el profesor Glenn Seaborg de la Universidad de California, explica por qué algunos elementos superpesados ​​duran más de lo previsto.[26] El ununseptio es el segundo elemento más pesado de todos los creados hasta la fecha, y la vida media de su isótopo más estable es de 78 milisegundos, valor sin embargo superior al previsto antes del descubrimiento.[12] El grupo de Dubná cree que la síntesis del elemento es una prueba experimental directa de la existencia de la isla.[24]

La vida media del ununseptio-295 se ha calculado en (18 ± 7) milisegundos y se considera posible obtener este isótopo a partir de colisiones de berkelio y calcio, como el ununseptio-294 y el ununseptio-293, aunque según los cálculos, la probabilidad de producir ununseptio-295 de esta forma es siete veces menor que la de formar unuseptio-294.[27] [28] [29] Un cálculo del período de semidesintegración alfa de varios isótopos del unuseptio con menos de 304 nucleones predice un valor máximo de 40 milisegundos para el ununseptio-296, basándose en un modelo de túnel cuántico.[30] Otro estudio del Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, basado en el modelo de la gota líquida, también predice que el ununseptio-296 es el isótopo más estable en esa región;[nota 3] sin embargo, en dicho estudio se examinaron los isótopos hasta el ununseptio-337 y se halló una tendencia al aumento general de la estabilidad para isótopos más pesados que el ununseptio-301. Según estos cálculos, el ununseptio-309 y los isótopos más pesados serán más estables que los dos isótopos sintetizados a la fecha; el ununseptio-326 podría tener una vida media de más de trescientos años y el isótopo más pesado para el cual existen predicciones, ununseptio-337, alrededor de 1016 años,[31] un tiempo superior a la edad del Universo.

Gráfica que muestra las vidas medias de los isótopos del ununseptio, desde el ununseptio-278 hasta el ununseptium-337
Vidas medias teóricas para sesenta isótopos de ununseptio, del 278Uus al 337Uus.[31] Las líneas de colores se incluyen como referencia visual para señalar distintos periodos de tiempo.

Propiedades atómicas y físicas[editar]

Configuración electrónica del ununseptio

El ununseptio es un miembro del grupo 17 en la tabla periódica, que comprende 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, se prevé que la configuración de electrones de valencia siga la norma y sea 7s27p5;[2] por lo tanto, es de esperar que el ununseptio se comporte de forma similar a los halógenos en muchos aspectos.

Sin embargo, también es probable que surjan algunas diferencias notables, a las que contribuirá en gran parte la interacción espín-órbita entre el movimiento de los electrones y su espín. Esta interacción es especialmente fuerte para los elementos superpesados, porque sus electrones se mueven mucho más rápidamente que los electrones en elementos más livianos, a velocidades comparables a la velocidad de la luz.[32] A consecuencia de ello, disminuyen los niveles de energía de los niveles 7s y 7p —estabilizando los correspondientes electrones—, pero dos de los niveles de energía 7p están más estabilizados que los otros cuatro.[33] La estabilización de los electrones de 7p se conoce como el efecto del par inerte, y al efecto de dividir la subcapa 7p en dos partes con distinta estabilidad se le llama división de subcapa. En química computacional se describe esta división como un cambio del número cuántico azimutal de 1 a 1/2 y 3/2 para las partes más y menos estabilizadas de la subcapa 7p, respectivamente.[34] [nota 4] Para reflejar la división de la subcapa 7p para propósitos teóricos, la configuración del electrón de valencia se representa como 7s2
7p2
1/2
7p5
3/2
.[2]

También existen diferencias en otros niveles de electrones. Por ejemplo, los niveles 6d también se dividen en subcapas, con cuatro electrones 6d3/2 y seis electrones 6d5/2. Ambos tienen una energía cercana a la del nivel 7s,[33] aunque no se prevé que los electrones 6d participen en enlaces químicos. La diferencia entre los niveles 7p1/2 y 7p3/2 es anormalmente alta, de 9.8 eV.[33] Como comparación, la división de la subcapa 6p del astato sólo es de 3.8 eV,[33] y esa diferencia ya entraña una participación limitada de los electrones 6p1/2 en enlaces químicos.[35] Tomados en conjunto, todos esos efectos causan diferencias química entre el ununseptio y los otros elementos del grupo, detalladas más abajo.

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

Se calcula que la primera energía de ionización —la energía requerida para remover un electrón de un átomo— sea 7.7 eV, más baja que la de los halógenos de menor número atómico, siguiendo la tendencia en el grupo.[2] Similarmente, se espera que tenga la menor afinidad electrónica —energía emitida cuando un electrón es agregado a un átomo— del grupo, de 2.6 o incluso 1.8 eV.[2] En el átomo hidrogenoide ununseptio-116+, donde el signo + denota que el átomo está oxidado, el único electrón se movería a tanta velocidad que su masa podría ser unas 1.9 veces mayor que la de un electrón en reposo, característica que proviene de los efectos relativistas mencionados anteriormente. Como comparación, el factor es de 1.27 para el astato hidrogenoide y de 1.08 para el iodo hidrogenoide.[36] De acuerdo a simples extrapolaciones de las leyes de la relatividad, esto conlleva la contracción del radio atómico.[36] Mientras que ciertos cálculos avanzados muestran que el radio de un átomo de ununseptio que ha formado un enlace covalente mediría 165 pm, mayor que los 147 pm del astato,[37] con los siete electrones más externos eliminados, el ununseptio es de menor tamaño: 57 pm[2] frente a los 61 pm[38] del astato.

Los puntos de fusión y ebullición del ununseptio no son conocidos con exactitud. Se han predicho valores alrededor de 350–500 °C y 550 °C respectivamente,[2] o incluso 350–550 °C y 610 °C respectivamente.[39] Esos valores exceden los del astato y de todos los elementos precedentes en el grupo, siguiendo las tendencias periódicas. Un estudio posterior, no obstante, predice un punto de ebullición para el ununseptio de 345 °C,[40] similar al del astato, estimado en 309 °C,[41] 337 °C,[42] o 370 °C,[43] aunque se han observado valores experimentales de 503 °C[44] y 411 °C.[38]

Propiedades químicas[editar]

Los miembros anteriores del grupo 17 comúnmente aceptan otro electrón para lograr la configuración electrónica estable de un gas noble, con ocho electrones en su capa de valencia (regla del octeto).[45] La propensión a captar un electrón disminuye a medida que aumenta el número atómico dentro del grupo, de tal forma que en el hidruro de astato este cede un electrón al hidrógeno en vez de al contrario; el ununseptio mostraría una predisposición aún mayor a adquirir un estado de oxidación positivo en compuestos, y el estado −1 sería el menos común.[2]

El ununseptio también puede completar el octeto mediante la formación de un enlace covalente. Por consiguiente, cuando dos átomos de ununseptium se reúnen, se espera que formen una molécula diatómica, como ocurre con los halógenos. Según los cálculos, en la molécula de At2 el enlace sigma formaría un marcado orbital de antienlace, debido al acoplamiento espín-órbita, que causa que los electrones del orbital molecular se alejen de los núcleos de los átomos enlazados y sen concentren en los extremos de la molécula; es probable que el ununseptio siga la tendencia a adoptar un enlace covalente débil en la molécula diatómica Uus2 y que esta presente un fuerte carácter pi.[2] [46] Para la molécula UusCl, se predice un enlace pi simple.[46]

Aparte del mencionado estado de oxidación −1 inestable, el ununseptio podría presentar otros tres estados de oxidación: +5, +3 y +1, de los que el último sería el más estable; esto se debe a la estabilidad del orbital 7p1/2, que conlleva a su vez la desestabilización de los tres electrones más externos en el orbital 7p3/2,[2] como ya se ha observado en el astato.[47] La contracción de los niveles ns y np1/2, muy marcada al igual que ocurre en el oro, conduce a pensar que el estado +3 del ununseptio puede parecerse al Au3+ en compuestos haluros;[2] la desestabilización de los electrones 7p3/2, en comparación con los electrones 7p1/2, sugiere que este estado de oxidación también debería ser importante. En cambio, por la misma razón, el estado +5 será poco común [2] y, según los cálculos teoréticos, el estado +7 ni siquiera existirá: dada la estabilidad de los electrones 7s y la diferencia en energía entre estos y los electrones 7p1/2, se ha planteado la hipótesis de que el núcleo de valencia del elemento contenga solo cinco electrones.[48]

El compuesto IF3 tiene una configuración en forma de 'T'
El compuesto IF3 tiene una configuración en forma de 'T'
Se predice que la molécula  UusF3 adoptará una configuración trigonal
Se predice que la molécula UusF3 adoptará una configuración trigonal

El compuesto de ununseptio más simple posible es el monohidruro UusH. En este enlace participan un electrón 7p3/2 del ununseptio y el electrón 1s del hidrógeno, sin participación de los electrones 7p1/2. A causa de la ya mencionada desestabilidad energética de los electrones nivel 7p3/2, este nivel se extiende hacia la periferia del núcleo de tal modo que se calcula que la longitud de la molécula UusH aumentaría en 17 picómetros debido a este efecto.[49] [50] Como los enlaces de electrones p son dos tercios sigma, el enlace es un tercio más débil que en la ausencia la de interacción espín-órbita.[50] Esto es consistente con las propiedades de los hidruros de halógenos, cuya longitud de enlace aumenta con el número atómico a la vez que energía de disociación disminuye. Para las moléculas TlUus y UutUus se pueden realizar consideraciones análogas, aunque en estos casos también debe tomarse en cuenta que los electrones p1/2 de los metales Tl y Uut son estables, lo que conduce al efecto opuesto: el momento dipolar para el TlUus es relativamente pequeño, solo 1.67 D ——el valor positivo indica que la carga negativa está en el átomo de ununseptio—; y para el UutUus, de 1.80 D, con la transferencia de un electrón desde el átomo de ununseptio hacia el átomo de ununtrio.[51] En vista de los datos del UusH, es interesante que la interacción espín-órbita aumente 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.[50] De hecho, el monofluoruro de ununseptio debería presentar el enlace más fuerte de todos los monofluoruros del grupo 17.[50]

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, lo que se cumple para todos los trifluoruros de halógeno conocidos que tienen una estructura AX3E2 —un átomo central, indicado como A, rodeado por tres ligandos, X, y dos pares de electrones no compartidos, E—. En la ausencia de efectos relativistas, UusF3 también debería adoptar esta geometría molecular en forma de T, pero debido a la contracción de la capa 7s del ununseptio, que impide la plena participación de estos electrones en reacciones químicas, la teoría TREPEV predice en este caso una geometría molecular piramidal trigonal (AX3E1). Algunos cálculos más sofisticados muestran, no obstante, que esta geometría molecular no sería energéticamente favorable para UusF3, y predicen en su lugar una geometría molecular trigonal plana (AX3E0), lo que sugiere que la teoría TREPEV no es totalmente válida para los elementos superpesados.[48] También en este caso las interacciones espín-órbita contribuyen a la estabilidad de la molécula, posiblemente gracias a la gran diferencia de electronegatividad entre el ununseptio y el flúor y el consiguiente carácter iónico del enlace.[48]

Véase también[editar]

Notas[editar]

  1. El término «grupo 17» se refiere al grupo, o columna vertical en la tabla periódica, que comienza con el flúor. No es equivalente al término «halógenos», que se refiere exclusivamente a los elementos flúor, cloro, bromo, iodo y astato.
  2. La denominación «par-impar» e «impar-impar» se refiere al número de protones y de neutrones respectivamente de los isótopos.
  3. Estos cálculos obtienen las vidas medias totales, no sólo para la desintegración alfa.
  4. 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]

Enlaces externos[editar]