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Propriétés atomiques et physiques
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== Isotopes et radioactivité ==
== Isotopes et îlot de stabilité ==


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== Propriétés atomiques et physiques ==

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== Notes et références ==
== Notes et références ==

Version du 22 mai 2009 à 20:21

Modèle:Élément/Ununoctium

L'ununoctium est le nom provisoire de l'élément chimique de numéro atomique 118 (symbole provisoire Uuo).

C'est le seul élément synthétique de la colonne des gaz nobles ; en vertu de sa polarisabilité supérieure à celle de tous les éléments chimiques de numéro atomique inférieur, les calculs lui prédisent une température d'ébullition comprise entre 50 et 110 °C[1] de sorte qu'il serait sans doute liquide et peut-être même solide semi-métallique (par analogie avec les autres gaz nobles qui n'existent à l'état liquide que dans un intervalle de températures très étroit), avec une masse volumique de 13 650 kg/m3 aux conditions normales de température et de pression.

De tous les éléments chimiques dont la synthèse est attestée, c'est celui qui a la masse atomique et le numéro atomique les plus élevés. Il est particulièrement instable, et seuls trois atomes de 294Uuo ont été synthétisés à ce jour. Toutes les propriétés physiques et chimiques publiées pour cet élément sont par conséquent théoriques et découlent de modèles de calcul. L'ununoctium pourrait être chimiquement assez réactif, et les propriétés de quelques composés (tétrafluorure d'ununoctium UuoF4 et difluorure d'ununoctium UuoF2 par exemple) ont été calculées.

Synthèse de l'élément

Fausse annonce (1999)

Motivée par la quête de l'îlot de stabilité, la recherche des éléments superlourds a été relancée à la fin des années 1990 par la synthèse de l'élément de numéro atomique 114 (ununquadium) en 1998 à l'Institut commun de recherche nucléaire (JINR) de Dubna, en Russie. Le physicien polonais Robert Smolanczuk avait en effet publié des calculs sur la fusion de noyaux atomiques pour synthétiser des noyaux superlourds, y compris le noyau de numéro atomique 118[2] ; pour cet élément, il suggérait de fusionner un noyau de plomb avec un noyau de krypton. La synthèse d'un noyau de 193Uuo a été annoncée en 1999[3],[4] selon la réaction de fusion nucléaire :

Ces résultats ont néanmoins été invalidés l'année suivante[5] car plus personne n'était en mesure de reproduire l'expérience ; en juin 2002, il fut révélé que l'annonce avait été faite à partir de résultats falsifiés par Viktor Ninov, le principal auteur[6].

Premières observations attestées (publiées en 2006)

La véritable découverte de l'ununoctium a été annoncée en 2006 par une équipe américano-russe du Laboratoire national de Lawrence Livermore (Californie, États-Unis) et de l'Institut commun de recherche nucléaire (JINR) de Dubna (oblast de Moscou, Russie) : l'observation indirecte au JINR de noyaux 294Uuo produits par collision d'ions 48Ca sur atomes de 249Cf[7],[8],[9],[10],[11], à raison d'un noyau 294Uuo en 2002[12] et de deux autres en 2005 :

Mode opératoire

Chaîne de désintégration du noyau 294Uuo[13]. L'énergie de désintégration et la période radioactive sont indiquées en rouge, tandis que la fraction d'atomes subissant une fission spontanée est indiquée en vert.

Cette réaction de fusion nucléaire étant faiblement probable (avec une section efficace d'à peine 0,5 pb (picoBarn), soit 5×10−41 m2), il a fallu attendre quatre mois pour observer la première signature de désintégration d'un noyau d'ununoctium malgré une quantité d'ions calcium incidents envoyée sur la cible de californium voisine de 4×1019 [14]. Cette observation a néanmoins été validée dans la mesure où la probabilité d'une fausse détection avait été estimée à moins d'une pour cent mille[15]. Ce sont en tout trois noyaux d'ununoctium-294 dont la désintégration a été observée, permettant d'estimer la période radioactive de cet isotope à 0,89 ± 0,31 ms et son énergie de désintégration à 11,65 ± 0,06 MeV[13].

La détection des noyaux 294Uuo repose sur l'observation de la désintégration alpha de l'ununoctium-294 en ununhexium-290, lequel est détecté par l'observation de la chaîne de désintégrations alpha de l'ununhexium-290 en ununquadium-286 (avec une période de 10 ms et une énergie de 10,80 MeV) puis en ununbium-282 (avec une période de 0,16 s et une énergie de 10,16 MeV) : si l'on observe la désintégration de noyaux 290Uuh dans le californium bombardé par des ions calcium, c'est qu'il s'est formé par désintégration de noyaux 294Uuo.

Dans la foulée de ces résultats, les travaux ont commencé pour observer l'élément du numéro atomique 120 en bombardant du plutonium-244 avec des ions de fer-58[16]. Les isotopes de cet élément devraient avoir des périodes de l'ordre de quelques microsecondes[17].

Isotopes et îlot de stabilité

Avec 118 protons et 176 neutrons, l'ununoctium-294 se place juste « au-dessus » (en terme de numéro atomique) de l'îlot de stabilité théorique.

Aucun élément chimique de numéro atomique supérieur à 82 (plomb) ne possède d'isotope stable[18], et tous les éléments de numéro atomique supérieur à 101 (mendelevium) ont une période radioactive inférieure à la journée. Il existerait néanmoins un îlot de stabilité constitué par les noyaux dotés d'un nombre magique de protons (114, 120 et 126) et du nombre magique de neutrons 184. L'ununoctium, avec ses 118 protons et 176 neutrons pour son isotope connu, serait donc dans le voisinage de cet « îlot de stabilité » ; il se trouve que sa période radioactive de 0,89 ± 0,31 ms est un plus élevée qu'attendu[19],[20], ce qui irait dans le sens de cette théorie[21].

Des calculs laissent penser que d'autres isotopes de l'ununoctium pourraient avoir une période radioactive de l'ordre de la milliseconde[22] et, pour certains, supérieure à celle du noyau 294Uuo synthétisé, notamment les isotopes 293, 295, 296, 297, 298, 300 et 302[19]. Certains isotopes plus lourds, avec davantage de neutrons, pourraient également avoir des périodes radioactives plus longues, par exemple autour de 313Uuo[23]

Propriétés atomiques et physiques

Appartenant à la colonne des gaz nobles, l'ununoctium devrait être élément chimique à valence zéro : en raison de leur structure électronique, ces éléments sont chimiquement relativement inertes car, ayant une couche de valence complète, ils n'ont pas d'électron de valence pour former une liaison chimique, en vertu de la règle de l'octet. On pourrait donc s'attendre à ce que l'ununoctium ressemble au radon[24]. Selon toute vraisemblance, la configuration électronique de l'ununoctium devrait être 7s2, 7p6[1]. Il serait cependant sensiblement plus réactif qu'on ne le pensait au premier abord. Étant situé en-dessous du radon dans le tableau périodique des éléments, il serait de toute façon plus réactif que ce dernier. Mais des phénomènes quantiques tels qu'un fort couplage spin-orbite entre, justement, les couches 7s et 7p conduiraient à la saturation apparente de la couche de valence pour l'ununquadium (élément n° 114) plutôt que pour l'ununoctium, dont la couche de valence serait ainsi moins stable que celle de l'ununhexium (élément n° 116), lui-même ayant une couche de valence moins stable que celle de l'ununquadium[1].

Il a par ailleurs été calculé que l'ununoctium aurait une affinité électronique positive, à la différence de tous les autres gaz nobles[25],[26], mais des corrections issues de l'électrodynamique quantique sont venues atténuer cette affinité (notamment en réduisant de 9 % l'énergie de liaison de l'anion Uuo–), rappelant l'importance de ces corrections dans les atomes superlourds.

L'ununoctium aurait une polarisabilité plus élevée de celle de tous les éléments de numéro atomique inférieur, et presque double de celle du radon[1], d'où un potentiel d'ionisation anormalement bas, similaire à celui du plomb, qui est 70 % celui du radon[27], et sensiblement plus faible que celle de l'ununquadium[28]. Cela conduirait également à une température d'ébullition de 320 à 380 K[1], très supérieure aux valeurs publiées jusqu'à présent, de l'ordre de 263 K[29] et 247 K[30]. Même avec la marge d'incertitude sur cette température d'ébullition, il semble peu problable que l'ununoctium, s'il existait en quantité massive, soit à l'état gazeux aux conditions normales de température et de pression. Dans la mesure où la plage de températures dans lesquelles les autres gaz nobles existent à l'état liquide est très étroite (entre 2 et 9 K), l'ununoctium serait sans doute même solide.

Notes et références

  1. ↑ a b c d et e Erreur de référence : Balise <ref> incorrecte : aucun texte n’a été fourni pour les références nommées Nash
  2. ↑ Robert Smolanczuk, « Production mechanism of superheavy nuclei in cold fusion reactions », Physical Review C, vol. 59, no 5,‎ , p. 2634–2639 (DOI 10.1103/PhysRevC.59.2634)
  3. ↑ Viktor Ninov, « Observation of Superheavy Nuclei Produced in the Reaction of 86Kr with 208Pb », Physical Review Letters, vol. 83, nos 6–9,‎ , p. 1104–1107 (DOI 10.1103/PhysRevLett.83.1104)
  4. ↑ Robert F. Service, « Berkeley Crew Bags Element 118 », Science, vol. 284,‎ , p. 1751 (DOI 10.1126/science.284.5421.1751)
  5. ↑ (en) Public Affairs Department, « Results of element 118 experiment retracted », Berkeley Lab,‎ (lire en ligne)
  6. ↑ Rex Dalton, « Misconduct: The stars who fell to Earth », Nature, vol. 420,‎ , p. 728–729 (DOI 10.1038/420728a)
  7. ↑ (en) « Livermore scientists team with Russia to discover element 118 », Livermore press release,‎ (lire en ligne)
  8. ↑ Yu. Ts. Oganessian, « Synthesis and decay properties of superheavy elements », Pure Appl. Chem., vol. 78,‎ , p. 889–904 (DOI 10.1351/pac200678050889)
  9. ↑ (en) « Heaviest element made - again », Nature News, Nature (journal),‎ (lire en ligne)
  10. ↑ Phil Schewe, « Elements 116 and 118 Are Discovered », Physics News Update, American Institute of Physics, (consulté le )
  11. ↑ Rick Weiss, « Scientists Announce Creation of Atomic Element, the Heaviest Yet », Washington Post, (consulté le )
  12. ↑ Oganessian Yu.Ts. et al., « Element 118: results from the first 249Cf + 48Ca experiment », Communication of the Joint Institute for Nuclear Research, (consulté le )
  13. ↑ a et b Yu. Ts. Oganessian, « Synthesis of the isotopes of elements 118 and 116 in the 249Cf and 245Cu + 48Ca fusion reactions », Physical Review C, vol. 74, no 4,‎ , p. 044602 (DOI 10.1103/PhysRevC.74.044602)
  14. ↑ « Ununoctium », WebElements Periodic Table (consulté le )
  15. ↑ « Element 118 Detected, With Confidence », Chemical and Engineering news, (consulté le ) : « "I would say we're very confident." »
  16. ↑ (en) « A New Block on the Periodic Table », Lawrence Livermore National Laboratory,‎ (lire en ligne [PDF])
  17. ↑ P. Roy Chowdhury, C. Samanta, and D. N. Basu, « Nuclear half-lives for α -radioactivity of elements with 100 ≤ Z ≤ 130 », At. Data & Nucl. Data Tables, vol. 94,‎ , p. 781–806 (DOI 10.1016/j.adt.2008.01.003, lire en ligne)
  18. ↑ Même l'isotope le plus stable du bismuth se désintègre en thallium avec une période radioactive certes considérable de 19 × 1018 ans ; voir (en) Pierre de Marcillac, Noël Coron, Gérard Dambier, Jacques Leblanc et Jean-Pierre Moalic, « Experimental detection of α-particles from the radioactive decay of natural bismuth », Nature, vol. 422,‎ , p. 876–878 (DOI 10.1038/nature01541).
  19. ↑ a et b P. Roy Chowdhury, C. Samanta, and D. N. Basu, « α decay half-lives of new superheavy elements », Phys. Rev. C, vol. 73,‎ , p. 014612 (DOI 10.1103/PhysRevC.73.014612)
  20. ↑ Yuri Oganessian, « Heaviest nuclei from 48Ca-induced reactions », J. Phys. G: Nucl. Part. Phys., vol. 34,‎ , R165–R242 (DOI 10.1088/0954-3899/34/4/R01)
  21. ↑ « New Element Isolated Only Briefly », The Daily Californian, (consulté le )
  22. ↑ P. Roy Chowdhury, C. Samanta, and D. N. Basu, « Search for long lived heaviest nuclei beyond the valley of stability », Phys. Rev. C, vol. 77,‎ , p. 044603 (DOI 10.1103/PhysRevC.77.044603)
  23. ↑ S B Duarte, O A P Tavares, M Gonçalves, O Rodríguez, F Guzmán, T N Barbosa, F García and A Dimarco, « Half-life predictions for decay modes of superheavy nuclei », J. Phys. G: Nucl. Part. Phys., vol. 30,‎ , p. 1487–1494 (DOI 10.1088/0954-3899/30/10/014, lire en ligne, consulté le )
  24. ↑ « Ununoctium (Uuo) - Chemical properties, Health and Environmental effects », Lenntech (consulté le )
  25. ↑ Igor Goidenko, Leonti Labzowsky, Ephraim Eliav, Uzi Kaldor, and Pekka Pyykko, « QED corrections to the binding energy of the eka-radon (Z=118) negative ion », Physical Review A, vol. 67,‎ , p. 020102(R) (DOI 10.1103/PhysRevA.67.020102)
  26. ↑ Ephraim Eliav and Uzi Kaldor, « Element 118: The First Rare Gas with an Electron Affinity », Physical Review Letters, vol. 77, no 27,‎ (lire en ligne, consulté le )
  27. ↑ Young-Kyu Han, Cheolbeom Bae, Sang-Kil Son, and Yoon Sup Lee, « Spin–orbit effects on the transactinide p-block element monohydrides MH (M=element 113–118) », Journal of Chemical Physics, vol. 112, no 6,‎ (lire en ligne, consulté le )
  28. ↑ Clinton S. Nash, « Spin-Orbit Effects, VSEPR Theory, and the Electronic Structures of Heavy and Superheavy Group IVA Hydrides and Group VIIIA Tetrafluorides. A Partial Role Reversal for Elements 114 and 118 », J. Phys. Chem. A, vol. 1999, no 3,‎ , p. 402–410 (DOI 10.1021/jp982735k)
  29. ↑ (en) Glenn Theodore Seaborg, Modern Alchemy, World Scientific, , 172 p. (ISBN 9810214405)
  30. ↑ N. Takahashi, « Boiling points of the superheavy elements 117 and 118 », Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, vol. 251, no 2,‎ , p. 299–301 (DOI 10.1023/A:1014880730282)

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