Darmstadtium - Darmstadtium

Darmstadtium,  ₁₁₀ Ds

Darmstadtium
Prononciation
Nombre de masse	[281]
Darmstadtium dans le tableau périodique
Hydrogène Hélium Lithium Béryllium Bore Carbone Azote Oxygène Fluor Néon Sodium Magnésium Aluminium Silicium Phosphore Soufre Chlore Argon Potassium Calcium Scandium Titane Vanadium Chrome Manganèse Le fer Cobalt Nickel Le cuivre Zinc Gallium Germanium Arsenic Sélénium Brome Krypton Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdène Technétium Ruthénium Rhodié Palladium Argent Cadmium Indium Étain Antimoine Tellure Iode Xénon Césium Baryum Lanthane Cérium Praséodyme Néodyme Prométhium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutécium Hafnium Tantale Tungstène Rhénium Osmium Iridium Platine Or Mercure (élément) Thallium Mener Bismuth Polonium Astatine Radon Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Américium Curium Berkélium Californie Einsteinium Fermium Mendélévie nobélium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flérovium Moscou Livermorium Tennessine Oganesson Pt ↑ Ds ↓ (UHQ) meitnerium ← darmstadtium → roentgenium
Numéro atomique ( Z )	110
Grouper	groupe 10
Période	période 7
Bloquer	d-bloc
Configuration électronique	[ Rn ] 5f 14 6d 8 7s 2 (prédit)
Électrons par coquille	2, 8, 18, 32, 32, 16, 2 (prédit)
Propriétés physiques
Phase à  STP	solide (prévu)
Densité (près de  rt )	26–27 g/cm 3 (prévu)
Propriétés atomiques
États d'oxydation	( 0 ), ( +2 ), (+4), (+6), ( +8 ) (prédit)
Énergies d'ionisation
Rayon atomique	empirique : 132  h (prédit)
Rayon covalent	128 h (estimé)
Autres propriétés
Occurrence naturelle	synthétique
Structure en cristal	corps cubique centrée (bcc) (prévu)
Numero CAS	54083-77-1
Histoire
Appellation	après Darmstadt , Allemagne, où il a été découvert
Découverte	Gesellschaft für Schwerionenforschung (1994)
Principaux isotopes du darmstadtium
Isotope Abondance Demi-vie ( t 1/2 ) Mode de décomposition Produit 279 Ds syn 0,2 s 10% α 275 heures 90% FS 281 DS syn 14 s 94% FS 6% 277 heures
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Le darmstadtium est un élément chimique de symbole Ds et de numéro atomique 110. C'est un élément synthétique extrêmement radioactif . L' isotope connu le plus stable , le darmstadtium-281, a une demi-vie d'environ 12,7 secondes. Le Darmstadtium a été créé en 1994 par le GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research dans la ville de Darmstadt , en Allemagne, d'où son nom.

Dans le tableau périodique , il s'agit d'un élément transactinide d-bloc . C'est un membre de la 7ème période et est placé dans le groupe 10 éléments , bien qu'aucune expérience chimique n'ait encore été réalisée pour confirmer qu'il se comporte comme l' homologue le plus lourd du platine dans le groupe 10 en tant que huitième membre de la série 6d de transition métaux . Le darmstadtium est censé avoir des propriétés similaires à ses homologues plus légers, le nickel , le palladium et le platine .

introduction

Une représentation graphique d'une réaction de fusion nucléaire . Deux noyaux fusionnent en un seul, émettant un neutron . Les réactions qui ont créé de nouveaux éléments à ce moment étaient similaires, avec la seule différence possible que plusieurs neutrons singuliers étaient parfois libérés, voire aucun.

Vidéo externe
Visualisation d'une fusion nucléaire infructueuse, basée sur des calculs de l' Australian National University

Les noyaux atomiques les plus lourds sont créés dans des réactions nucléaires qui combinent deux autres noyaux de taille inégale en un seul ; grosso modo, plus les deux noyaux sont inégaux en termes de masse, plus grande est la possibilité que les deux réagissent. Le matériau constitué des noyaux les plus lourds est transformé en une cible, qui est ensuite bombardée par le faisceau de noyaux plus légers. Deux noyaux ne peuvent fusionner en un seul que s'ils se rapprochent suffisamment l'un de l'autre ; normalement, les noyaux (tous chargés positivement) se repoussent en raison de la répulsion électrostatique . L' interaction forte peut vaincre cette répulsion mais seulement à très faible distance d'un noyau ; les noyaux du faisceau sont ainsi fortement accélérés afin de rendre une telle répulsion insignifiante par rapport à la vitesse du noyau du faisceau. Se rapprocher seul ne suffit pas pour que deux noyaux fusionnent : lorsque deux noyaux se rapprochent, ils restent généralement ensemble pendant environ 10 à ²⁰  secondes puis se séparent (pas nécessairement dans la même composition qu'avant la réaction) plutôt que de former un seul noyau. Si la fusion se produit, la fusion temporaire - appelée noyau composé - est un état excité . Pour perdre son énergie d'excitation et atteindre un état plus stable, un noyau composé se fissonne ou éjecte un ou plusieurs neutrons , qui emportent l'énergie. Cela se produit environ 10 à ¹⁶  secondes après la collision initiale.

Le faisceau traverse la cible et atteint la chambre suivante, le séparateur ; si un nouveau noyau est produit, il est transporté avec ce faisceau. Dans le séparateur, le noyau nouvellement produit est séparé des autres nucléides (celui du faisceau d'origine et de tout autre produit de réaction) et transféré vers un détecteur à barrière de surface , qui arrête le noyau. L'emplacement exact de l'impact à venir sur le détecteur est marqué ; également marqués sont son énergie et l'heure de l'arrivée. Le transfert prend environ 10 ^-6  secondes ; pour être détecté, le noyau doit survivre aussi longtemps. Le noyau est enregistré à nouveau une fois sa désintégration enregistrée, et l'emplacement, l' énergie et le temps de désintégration sont mesurés.

La stabilité du noyau est assurée par l'interaction forte. Cependant, sa portée est très courte ; à mesure que les noyaux deviennent plus gros, son influence sur les nucléons les plus externes ( protons et neutrons) s'affaiblit. Dans le même temps, le noyau est déchiré par la répulsion électrostatique entre les protons, car il a une portée illimitée. Les noyaux des éléments les plus lourds sont donc théoriquement prédits et on a jusqu'à présent observé qu'ils se désintègrent principalement via des modes de désintégration provoqués par une telle répulsion : désintégration alpha et fission spontanée ; ces modes sont prédominants pour les noyaux d' éléments superlourds . Les désintégrations alpha sont enregistrées par les particules alpha émises et les produits de désintégration sont faciles à déterminer avant la désintégration réelle ; si une telle désintégration ou une série de désintégrations consécutives produit un noyau connu, le produit original d'une réaction peut être déterminé arithmétiquement. La fission spontanée, cependant, produit divers noyaux en tant que produits, de sorte que le nucléide d'origine ne peut pas être déterminé à partir de ses filles.

Les informations dont disposent les physiciens désireux de synthétiser l'un des éléments les plus lourds sont donc les informations recueillies au niveau des détecteurs : localisation, énergie et heure d'arrivée d'une particule au détecteur, et celles de sa désintégration. Les physiciens analysent ces données et cherchent à conclure qu'elles ont bien été causées par un nouvel élément et ne pouvaient pas avoir été causées par un nucléide différent de celui revendiqué. Souvent, les données fournies sont insuffisantes pour conclure qu'un nouvel élément a été définitivement créé et il n'y a pas d'autre explication pour les effets observés ; des erreurs d'interprétation des données ont été commises.

Histoire

Le centre-ville de Darmstadt , l'homonyme de darmstadtium

Découverte

Le Darmstadtium a été créé le 9 novembre 1994 à l' Institut de recherche sur les ions lourds (Gesellschaft für Schwerionenforschung, GSI) à Darmstadt , en Allemagne , par Peter Armbruster et Gottfried Münzenberg , sous la direction de Sigurd Hofmann . L'équipe a bombardé une cible de plomb -208 avec des noyaux accélérés de nickel-62 dans un accélérateur d'ions lourds et a détecté un seul atome de l'isotope darmstadtium-269 :

²⁰⁸
₈₂Pb +⁶²
₂₈Ni →²⁶⁹
₁₁₀Ds +¹
₀

Dans la même série d'expériences, la même équipe a également réalisé la réaction en utilisant des ions nickel-64 plus lourds. Au cours de deux essais, 9 atomes de²⁷¹
Les Ds ont été détectés de manière convaincante par corrélation avec les propriétés de désintégration des filles connues :

²⁰⁸
₈₂Pb +⁶⁴
₂₈Ni →²⁷¹
₁₁₀Ds +¹
₀

Avant cela, il y avait eu des tentatives de synthèse infructueuses en 1986-1987 à l' Institut commun de recherche nucléaire à Doubna (alors en Union soviétique ) et en 1990 au GSI. Une tentative de 1995 au Lawrence Berkeley National Laboratory a donné lieu à des signes suggérant mais ne pointant pas de manière concluante à la découverte d'un nouvel isotope²⁶⁷
Ds formé dans le bombardement de²⁰⁹
Bi avec⁵⁹
Co , et une tentative tout aussi peu concluante de 1994 au JINR a montré des signes de²⁷³
Ds étant produit à partir de²⁴⁴
Pu et³⁴
S . Chaque équipe a proposé son propre nom pour l'élément 110 : l'équipe américaine a proposé le hahnium d' après Otto Hahn pour tenter de résoudre la situation sur l' élément 105 (pour lequel ils avaient longtemps suggéré ce nom), l'équipe russe a proposé le becquerelium d' après Henri Becquerel , et l'équipe allemande a proposé darmstadtium après Darmstadt, l'emplacement de leur institut. Le groupe de travail conjoint IUPAC/IUPAP (JWP) a reconnu l'équipe GSI en tant que découvreurs dans son rapport de 2001, leur donnant le droit de suggérer un nom pour l'élément.

Appellation

En utilisant la nomenclature de Mendeleïev pour les éléments sans nom et non découvertes , darmstadtium doit être connu sous le nom eka- platine . En 1979, l'IUPAC a publié des recommandations selon lesquelles l'élément devait être appelé ununnilium (avec le symbole correspondant de Uun ), un nom d'élément systématique en tant qu'espace réservé , jusqu'à ce que l'élément soit découvert (et la découverte ensuite confirmée) et qu'un nom permanent soit décidé à. Bien que largement utilisées dans la communauté chimique à tous les niveaux, des classes de chimie aux manuels avancés, les recommandations ont été pour la plupart ignorées parmi les scientifiques du domaine, qui l'ont appelé "élément 110", avec le symbole de E110 , (110) ou même simplement 110 .

En 1996, l'équipe russe a proposé le nom de becquerelium d' après Henri Becquerel . L'équipe américaine a proposé en 1997 le nom hahnium d' après Otto Hahn (auparavant ce nom avait été utilisé pour l' élément 105 ).

Le nom darmstadtium (Ds) a été suggéré par l'équipe GSI en l'honneur de la ville de Darmstadt, où l'élément a été découvert. L'équipe GSI a également envisagé à l'origine de nommer l'élément wixhausium , d'après la banlieue de Darmstadt connue sous le nom de Wixhausen où l'élément a été découvert, mais a finalement opté pour le darmstadtium . Policium avait également été proposé comme une blague en raison du numéro de téléphone d'urgence en Allemagne étant le 1-1-0. Le nouveau nom darmstadtium a été officiellement recommandé par l' IUPAC le 16 août 2003.

Isotopes

Le darmstadtium n'a pas d'isotopes stables ou naturels. Plusieurs isotopes radioactifs ont été synthétisés en laboratoire, soit en fusionnant deux atomes, soit en observant la désintégration d'éléments plus lourds. Neuf isotopes différents du darmstadtium ont été rapportés avec des masses atomiques 267, 269-271, 273, 277 et 279-281, bien que le darmstadtium-267 ne soit pas confirmé. Trois isotopes du darmstadtium, le darmstadtium-270, le darmstadtium-271 et le darmstadtium-281, ont des états métastables connus , bien que celui du darmstadtium-281 ne soit pas confirmé. La plupart d'entre eux se désintègrent principalement par désintégration alpha, mais certains subissent une fission spontanée.

Stabilité et demi-vies

Ce graphique des modes de désintégration selon le modèle de l' Agence japonaise de l'énergie atomique prédit plusieurs nucléides superlourds au sein de l' île de stabilité ayant des demi-vies totales dépassant un an (entouré) et subissant principalement une désintégration alpha, culminant à ²⁹⁴ Ds avec une demi-vie estimée. vie de 300 ans.

Tous les isotopes du darmstadtium sont extrêmement instables et radioactifs ; en général, les isotopes les plus lourds sont plus stables que les plus légers. L'isotope de darmstadtium connu le plus stable, ²⁸¹ Ds, est également l'isotope de darmstadtium connu le plus lourd; il a une demi-vie de 12,7 secondes. L'isotope ²⁷⁹ Ds a une demi-vie de 0,18 seconde, tandis que l' ^{isotope 281m} Ds non confirmé a une demi-vie de 0,9 seconde. Les sept isotopes restants et les deux états métastables ont des demi-vies comprises entre 1 microseconde et 70 millisecondes. Cependant, certains isotopes inconnus du darmstadtium peuvent avoir des demi-vies plus longues.

Le calcul théorique dans un modèle d'effet tunnel quantique reproduit les données expérimentales de demi-vie de désintégration alpha pour les isotopes connus du darmstadtium. Il prédit également que l'isotope ²⁹⁴ Ds non découvert , qui possède un nombre magique de neutrons (184), aurait une demi-vie de désintégration alpha de l'ordre de 311 ans ; Cependant, exactement la même approche prédit une demi-vie alpha d'environ 3 500 ans pour l' isotope ²⁹³ Ds non magique .

Propriétés prévues

Hormis les propriétés nucléaires, aucune propriété du darmstadtium ou de ses composés n'a été mesurée ; cela est dû à sa production extrêmement limitée et coûteuse et au fait que le darmstadtium (et ses parents) se désintègre très rapidement. Les propriétés du métal darmstadtium restent inconnues et seules des prédictions sont disponibles.

Chimique

Le darmstadtium est le huitième membre de la série 6d des métaux de transition et devrait ressembler beaucoup aux métaux du groupe du platine . Les calculs de ses potentiels d'ionisation et de ses rayons atomiques et ioniques sont similaires à ceux de son homologue plus léger , le platine , ce qui implique que les propriétés de base du darmstadtium ressembleront à celles des autres éléments du groupe 10 , nickel , palladium et platine.

La prédiction des propriétés chimiques probables du darmstadtium n'a pas reçu beaucoup d'attention récemment. Le darmstadtium devrait être un métal très noble . Le potentiel de réduction standard prévu pour le couple Ds ²⁺ /Ds est de 1,7 V. Sur la base des états d'oxydation les plus stables des éléments plus légers du groupe 10, les états d'oxydation les plus stables du darmstadtium devraient être les +6, +4 et +2 états ; cependant, l'état neutre devrait être le plus stable dans les solutions aqueuses . En comparaison, seuls le palladium et le platine sont connus pour montrer l'état d'oxydation maximal dans le groupe, +6, tandis que les états les plus stables sont +4 et +2 pour le nickel et le palladium. On s'attend en outre à ce que les états d'oxydation maximum des éléments allant du bohrium (élément 107) au darmstadtium (élément 110) puissent être stables en phase gazeuse mais pas en solution aqueuse. L'hexafluorure de darmstadtium (DsF ₆ ) devrait avoir des propriétés très similaires à son homologue plus léger, l' hexafluorure de platine (PtF ₆ ), ayant des structures électroniques et des potentiels d'ionisation très similaires. Il devrait également avoir la même géométrie moléculaire octaédrique que le PtF ₆ . D'autres composés de darmstadtium prédits sont le carbure de darmstadtium (DsC) et le tétrachlorure de darmstadtium (DsCl ₄ ), qui devraient tous deux se comporter comme leurs homologues plus légers. Contrairement au platine, qui forme préférentiellement un complexe de cyanure dans son état d'oxydation +2, Pt(CN) ₂ , le darmstadtium devrait rester préférentiellement à son état neutre et former Ds(CN)²⁻
₂ au lieu de cela, formant une forte liaison Ds-C avec un certain caractère de liaison multiple.

Physique et atomique

Le darmstadtium devrait être un solide dans des conditions normales et cristalliser dans la structure cubique centrée sur le corps , contrairement à ses congénères plus légers qui cristallisent dans la structure cubique centrée sur le visage , car il devrait avoir des densités de charge électronique différentes d'eux. Il doit s'agir d'un métal très lourd avec une densité d'environ 26 à 27 g/cm ³ . En comparaison, l'élément connu le plus dense dont la densité a été mesurée, l' osmium , a une densité de seulement 22,61 g/cm ³ .

La configuration électronique externe du darmstadtium est calculée comme étant 6d ⁸  7s ² , ce qui obéit au principe d'Aufbau et ne suit pas la configuration électronique externe du platine de 5d ⁹  6s ¹ . Cela est dû à la stabilisation relativiste de la paire d'électrons 7s ² sur toute la septième période, de sorte qu'aucun des éléments de 104 à 112 ne devrait avoir des configurations électroniques violant le principe d'Aufbau. Le rayon atomique du darmstadtium devrait être d'environ 132 pm.

Chimie expérimentale

La détermination sans ambiguïté des caractéristiques chimiques du darmstadtium n'a pas encore été établie en raison de la courte demi-vie des isotopes du darmstadtium et du nombre limité de composés volatils susceptibles d'être étudiés à très petite échelle. L'hexafluorure de darmstadtium ( DsF) est l'un des rares composés de darmstadtium susceptibles d'être suffisamment volatils .
₆), comme son homologue plus léger l'hexafluorure de platine ( PtF
₆) est volatil au-dessus de 60 °C et donc le composé analogue du darmstadtium pourrait également être suffisamment volatil ; un octafluorure volatil ( DsF
₈) pourrait également être possible. Pour que des études chimiques soient menées sur un transactinide , au moins quatre atomes doivent être produits, la demi-vie de l'isotope utilisé doit être d'au moins 1 seconde, et le taux de production doit être d'au moins un atome par semaine. Même si la demi-vie de ²⁸¹ Ds, l'isotope de darmstadtium confirmé le plus stable, est de 12,7 secondes, suffisamment longue pour effectuer des études chimiques, un autre obstacle est la nécessité d'augmenter le taux de production d'isotopes de darmstadtium et de permettre aux expériences de se poursuivre pendant des semaines. ou des mois afin d'obtenir des résultats statistiquement significatifs. La séparation et la détection doivent être effectuées en continu pour séparer les isotopes du darmstadtium et faire expérimenter des systèmes automatisés sur la chimie en phase gazeuse et en solution du darmstadtium, car les rendements pour les éléments plus lourds devraient être inférieurs à ceux des éléments plus légers ; certaines des techniques de séparation utilisées pour le bohrium et le hassium pourraient être réutilisées. Cependant, la chimie expérimentale du darmstadtium n'a pas reçu autant d'attention que celle des éléments plus lourds du copernicium au foiemorium .

Les isotopes du darmstadtium les plus riches en neutrons sont les plus stables et sont donc les plus prometteurs pour les études chimiques. Cependant, ils ne peuvent être produits qu'indirectement à partir de la désintégration alpha d'éléments plus lourds, et les méthodes de synthèse indirecte ne sont pas aussi favorables aux études chimiques que les méthodes de synthèse directe. Les isotopes ²⁷⁶ Ds et ²⁷⁷ Ds les plus riches en neutrons pourraient être produits directement dans la réaction entre le thorium -232 et le calcium-48 , mais le rendement devrait être faible. De plus, cette réaction a déjà été testée sans succès, et des expériences plus récentes qui ont réussi à synthétiser ²⁷⁷ Ds en utilisant des méthodes indirectes montrent qu'elle a une demi-vie courte de 3,5 ms, pas assez longue pour effectuer des études chimiques. Le seul isotope du darmstadtium connu avec une demi-vie suffisamment longue pour la recherche chimique est le ²⁸¹ Ds, qui devrait être produit en tant que petite-fille du ²⁸⁹ Fl.

Voir également

• Île de stabilité

Remarques

Les références

Bibliographie

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Liens externes

• Médias liés à Darmstadtium sur Wikimedia Commons
• Darmstadtium au Tableau périodique des vidéos (Université de Nottingham)