Meitnerium - Meitnerium

Meitnerium,  109 Mt
Meitnerium
Prononciation
Nombre de masse [278] (non confirmé : 282)
Meitnerium 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
Ir

Mt

(Uht)
hassiummeitneriumdarmstadtium
Numéro atomique ( Z ) 109
Grouper groupe 9
Période période 7
Bloquer   d-bloc
Configuration électronique [ Rn ] 5f 14 6d 7 7s 2 (prédit)
Électrons par coquille 2, 8, 18, 32, 32, 15, 2 (prédit)
Propriétés physiques
Phase à  STP solide (prévu)
Densité (près de  rt ) 27–28 g/cm 3 (prévu)
Propriétés atomiques
États d'oxydation ( +1 ), ( +3 ), (+4), ( +6 ), (+8), (+9) (prédit)
Énergies d'ionisation
Rayon atomique empirique: 128  pm (prédit)
Rayon covalent 129 h (estimé)
Autres propriétés
Occurrence naturelle synthétique
Structure en cristal cubique à faces centrées (fcc)
Structure cristalline cubique à faces centrées pour le meitnerium

(prévu)
Commande magnétique paramagnétique (prédit)
Numero CAS 54038-01-6
Histoire
Appellation d'après Lise Meitner
Découverte Gesellschaft für Schwerionenforschung (1982)
Principaux isotopes du meitnerium
Isotope Abondance Demi-vie ( t 1/2 ) Mode de décomposition Produit
274 Mont syn 0,4 s ?? 270 Bh
276 Mont syn 0,6 s ?? 272 Bh
278 Mont syn 4 s ?? 274 Bh
282 Mont syn 67 s ? ?? 278 Bh
Catégorie Catégorie : Meitnerium
| les références

Le meitnerium est un élément chimique synthétique avec le symbole Mt et le numéro atomique 109. C'est un élément synthétique extrêmement radioactif (un élément introuvable dans la nature, mais qui peut être créé en laboratoire). L'isotope connu le plus stable, le meitnerium-278, a une demi-vie de 4,5 secondes, bien que le meitnerium-282 non confirmé puisse avoir une demi-vie plus longue de 67 secondes. Le centre GSI Helmholtz pour la recherche sur les ions lourds près de Darmstadt , en Allemagne, a créé cet élément pour la première fois en 1982. Il porte le nom de Lise Meitner .

Dans le tableau périodique , le meitnerium est un élément transactinide d-bloc . C'est un membre de la 7ème période et est placé dans le groupe 9 éléments , bien qu'aucune expérience chimique n'ait encore été réalisée pour confirmer qu'il se comporte comme l' homologue le plus lourd de l' iridium dans le groupe 9 en tant que septième membre de la série 6d de transition métaux . On calcule que le meitnerium a des propriétés similaires à ses homologues plus légers, le cobalt , le rhodium et l'iridium.

introduction

Une représentation graphique d'une réaction de fusion nucléaire
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
icône vidéo 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

Meitnerium a été nommé d'après la physicienne Lise Meitner , l'une des découvreuses de la fission nucléaire.

Découverte

Le Meitnerium a été synthétisé pour la première fois le 29 août 1982 par une équipe de recherche allemande dirigée par Peter Armbruster et Gottfried Münzenberg à l' Institut de recherche sur les ions lourds (Gesellschaft für Schwerionenforschung) à Darmstadt . L'équipe a bombardé une cible de bismuth-209 avec des noyaux accélérés de fer -58 et détecté un seul atome de l' isotope meitnerium-266 :

209
83
Bi
+ 58
26
Fe
266
109
Mont
+
m

Ce travail a été confirmé trois ans plus tard à l' Institut commun de recherche nucléaire de Doubna (alors en Union soviétique ).

Appellation

En utilisant la nomenclature de Mendeleïev pour les éléments sans nom et non découvertes , meitnerium doit être connu sous le nom eka- iridium . En 1979, pendant les guerres de Transfermium (mais avant la synthèse du meitnerium), l'IUPAC a publié des recommandations selon lesquelles l'élément devait être appelé unnilennium (avec le symbole correspondant de Une ), un nom d'élément systématique en tant qu'espace réservé , jusqu'à ce que l'élément soit découvert (et la découverte ensuite confirmée) et un nom permanent a été décidé. 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 par les scientifiques du domaine, qui l'ont soit appelé "élément 109", avec le symbole de E109 , (109) ou même simplement 109 , ou a utilisé le nom proposé "meitnerium".

La dénomination du meitnerium a été discutée dans la controverse sur la dénomination des éléments concernant les noms des éléments 104 à 109, mais le meitnerium était la seule proposition et n'a donc jamais été contestée. Le nom de meitnerium (Mt) a été suggéré par l'équipe du GSI en septembre 1992 en l'honneur de la physicienne autrichienne Lise Meitner , co-découvreuse du protactinium (avec Otto Hahn ), et l'un des découvreurs de la fission nucléaire . En 1994, le nom a été recommandé par l' IUPAC , et a été officiellement adopté en 1997. C'est donc le seul élément nommé spécifiquement d'après une femme non mythologique (le curium étant nommé à la fois pour Pierre et Marie Curie ).

Isotopes

Le meitnerium 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. Huit isotopes différents du meitnerium ont été rapportés avec des masses atomiques 266, 268, 270 et 274-278, dont deux, le meitnerium-268 et le meitnerium-270, ont des états métastables connus mais non confirmés . Un neuvième isotope de masse atomique 282 n'est pas confirmé. La plupart d'entre eux se désintègrent principalement par désintégration alpha, bien que certains subissent une fission spontanée.

Stabilité et demi-vies

Tous les isotopes du meitnerium sont extrêmement instables et radioactifs ; en général, les isotopes les plus lourds sont plus stables que les plus légers. L'isotope le plus stable connu du meitnerium, 278 Mt, est également le plus lourd connu; il a une demi-vie de 4,5 secondes. Le 282 Mt non confirmé est encore plus lourd et semble avoir une demi-vie plus longue de 67 secondes. Les isotopes 276 Mt et 274 Mt ont des demi-vies de 0,45 et 0,44 secondes respectivement. Les cinq isotopes restants ont des demi-vies comprises entre 1 et 20 millisecondes.

L'isotope 277 Mt, créé comme produit de désintégration final de 293 Ts pour la première fois en 2012, a subi une fission spontanée avec une demi-vie de 5 millisecondes. L'analyse des données préliminaires a considéré la possibilité que cet événement de fission provienne plutôt de 277 Hs, car il a également une demi-vie de quelques millisecondes et pourrait être peuplé après une capture d'électrons non détectée quelque part le long de la chaîne de désintégration. Cette possibilité a ensuite été jugée très improbable sur la base des énergies de désintégration observées de 281 Ds et 281 Rg et de la courte demi-vie de 277 Mt, bien qu'il existe encore une certaine incertitude quant à l'attribution. Quoi qu'il en soit, la fission rapide de 277 Mt et 277 Hs suggère fortement une région d'instabilité pour les noyaux superlourds avec N = 168-170. L'existence de cette région, caractérisée par une diminution de la hauteur de la barrière de fission entre la fermeture de la coquille déformée à N = 162 et la fermeture de la coquille sphérique à N = 184, est cohérente avec les modèles théoriques.

Liste des isotopes du meitnerium
Isotope Demi-vie
Mode de décomposition

Année découverte

Réaction de découverte
Valeur Réf
266 Mt 1,2 milliseconde , SF 1982 209 Bi( 58 Fe,n)
268 Mt 27 ms ?? 1994 272 Rg(—,α)
270 Mt 6,3 ms ?? 2004 278 Nh(—,2α)
274 Mont 440 ms ?? 2006 282 Nh(—,2α)
275 Mt 20 ms ?? 2003 287 Mc(—,3α)
276 Mont 450 ms ?? 2003 288 Mc(—,3α)
277 Mont 5 millisecondes SF 2012 293 Ts(—,4α)
278 Mont 4,5 s ?? 2010 294 Ts(—,4α)
282 Mont 1,1 minutes ?? 1998 290 Fl(e e 2α)


Propriétés prévues

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

Chimique

Le meitnerium est le septième 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 , l' iridium , ce qui implique que les propriétés de base du meitnerium ressembleront à celles des autres éléments du groupe 9 , cobalt , rhodium et iridium.

La prédiction des propriétés chimiques probables du meitnerium n'a pas reçu beaucoup d'attention récemment. Le meitnerium devrait être un métal noble . Le potentiel d'électrode standard pour le couple Mt 3+ /Mt devrait être de 0,8 V. Sur la base des états d'oxydation les plus stables des éléments plus légers du groupe 9, les états d'oxydation les plus stables du meitnerium devraient être les +6, +3 , et +1 états, l'état +3 étant le plus stable dans les solutions aqueuses . En comparaison, le rhodium et l'iridium présentent un état d'oxydation maximal de +6, tandis que les états les plus stables sont +4 et +3 pour l'iridium et +3 pour le rhodium. L'état d'oxydation +9, représenté uniquement par l'iridium dans [IrO 4 ] + , pourrait être possible pour son congénère meitnerium dans le nonafluorure (MtF 9 ) et le cation [MtO 4 ] + , bien que [IrO 4 ] + soit censé être plus stable que ces composés du meitnerium. Les tétrahalogénures de meitnerium ont également été prédits pour avoir des stabilités similaires à celles de l'iridium, permettant ainsi également un état +4 stable. 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.

Physique et atomique

Le meitnerium devrait être un solide dans des conditions normales et adopter une structure cristalline cubique à faces centrées , de la même manière que son congénère plus léger, l' iridium. Il devrait s'agir d'un métal très lourd avec une densité d'environ 27 à 28 g/cm 3 , ce qui serait parmi les plus élevés des 118 éléments connus. Le meitnerium est également prédit comme paramagnétique .

Les théoriciens ont prédit que le rayon covalent du meitnerium serait de 6 à 10 pm plus grand que celui de l'iridium. Le rayon atomique du meitnerium devrait être d'environ 128 pm.

Chimie expérimentale

Le meitnerium est le premier élément du tableau périodique dont la chimie n'a pas encore été étudiée. La détermination sans ambiguïté des caractéristiques chimiques du meitnerium n'a pas encore été établie en raison de la courte demi-vie des isotopes du meitnerium et du nombre limité de composés volatils susceptibles d'être étudiés à très petite échelle. L'hexafluorure de meitnerium ( MtF
6
), comme son homologue plus léger l' hexafluorure d'iridium ( IrF
6
) est volatil au-dessus de 60 °C et, par conséquent, le composé analogue du meitnerium pourrait également être suffisamment volatil ; un octafluorure volatil ( MtF
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 278 Mt, l'isotope confirmé le plus stable du meitnerium, est de 4,5 secondes, suffisamment longue pour effectuer des études chimiques, un autre obstacle est la nécessité d'augmenter le taux de production d'isotopes du meitnerium 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 meitnerium et faire expérimenter des systèmes automatisés sur la chimie en phase gazeuse et en solution du meitnerium, 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 meitnerium n'a pas reçu autant d'attention que celle des éléments plus lourds du copernicium au Livemorium .

Le Lawrence Berkeley National Laboratory a tenté de synthétiser l'isotope 271 Mt en 2002-2003 pour une éventuelle étude chimique du meitnerium, car on s'attendait à ce qu'il soit plus stable que les isotopes qui l'entourent car il possède 162 neutrons , un nombre magique pour les noyaux déformés. ; sa demi-vie était estimée à quelques secondes, suffisamment longue pour une enquête chimique. Cependant, aucun atome de 271 Mt n'a été détecté, et cet isotope du meitnerium est actuellement inconnu.

Une expérience déterminant les propriétés chimiques d'un transactinide devrait comparer un composé de ce transactinide avec des composés analogues de certains de ses homologues plus légers : par exemple, dans la caractérisation chimique du hassium, le tétroxyde de hassium (HsO 4 ) a été comparé à l' osmium analogue. composé, le tétroxyde d'osmium (OsO 4 ). Dans une étape préliminaire vers la détermination des propriétés chimiques du meitnerium, le GSI a tenté la sublimation des composés du rhodium oxyde de rhodium (III) (Rh 2 O 3 ) et chlorure de rhodium (III) (RhCl 3 ). Cependant, les quantités macroscopiques de l'oxyde ne se sublimeraient que jusqu'à 1000 °C et le chlorure jusqu'à 780 °C, et seulement en présence de particules d'aérosol de carbone : ces températures sont bien trop élevées pour que de telles procédures soient utilisées sur le meitnerium, car la plupart des méthodes actuelles utilisées pour l'étude de la chimie des éléments superlourds ne fonctionnent pas au-dessus de 500 °C.

Suite à la synthèse réussie en 2014 de l'hexacarbonyle de seaborgium, Sg(CO) 6 , des études ont été menées avec les métaux de transition stables des groupes 7 à 9, suggérant que la formation de carbonyle pourrait être étendue pour sonder davantage les chimies des premiers métaux de transition 6d du rutherfordium au meitnerium inclus. Néanmoins, les défis des demi-vies faibles et des réactions de production difficiles rendent le meitnerium difficile d'accès pour les radiochimistes, bien que les isotopes 278 Mt et 276 Mt aient une durée de vie suffisamment longue pour la recherche chimique et puissent être produits dans les chaînes de désintégration de 294 Ts et 288. Mc respectivement. 276 Mt est probablement plus approprié, car la production de tennessine nécessite une cible de berkélium rare et plutôt de courte durée . L'isotope 270 Mt, observé dans la chaîne de désintégration de 278 Nh avec une demi-vie de 0,69 seconde, peut également avoir une durée de vie suffisamment longue pour des études chimiques, bien qu'une voie de synthèse directe menant à cet isotope et des mesures plus précises de ses propriétés de désintégration serait nécessaire.

Remarques

Les références

Bibliographie

Liens externes