Roentgenium - Roentgenium

Roentgenium,  111 Rg
Roentgenium
Prononciation
Apparence argenté (prévu)
Nombre de masse [282] (non confirmé : 286)
Roentgenium 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
Au

Rg

(UPH)
darmstadtiumroentgeniumcopernicium
Numéro atomique ( Z ) 111
Grouper groupe 11
Période période 7
Bloquer   d-bloc
Configuration électronique [ Rn ] 5f 14 6d 9 7s 2 (prédit)
Électrons par coquille 2, 8, 18, 32, 32, 17, 2 (prédit)
Propriétés physiques
Phase à  STP solide (prévu)
Densité (près de  rt ) 22–24 g/cm 3 (prévu)
Propriétés atomiques
États d'oxydation (−1), (+1), ( +3 ), (+5), (+7) (prédit)
Énergies d'ionisation
Rayon atomique empirique : 138  h (prédit)
Rayon covalent 121 pm (estimé)
Autres propriétés
Occurrence naturelle synthétique
Structure en cristal corps cubique centrée (bcc)
Structure cristalline cubique centrée pour le roentgenium

(prévu)
Numero CAS 54386-24-2
Histoire
Appellation après Wilhelm Röntgen
Découverte Gesellschaft für Schwerionenforschung (1994)
Principaux isotopes du roentgenium
Isotope Abondance Demi-vie ( t 1/2 ) Mode de décomposition Produit
272 RG syn 2 millisecondes ?? 268 Mt
274 RG syn 12 millisecondes ?? 272 Mt


278 RG syn 4 millisecondes ?? 274 Mont
279 RG syn 0,09 s ?? 275 Mt
280 RG syn 4,6 s ?? 276 Mont
281 RG syn 17 s FS (90%)
(10 %) 277 Mont
282 RG syn 100 s ?? 278 Mont
283 RG syn 5,1 minutes ? SF
286 RG syn 10,7 minutes ? ?? 282 Mont
Catégorie Catégorie : Roentgenium
| les références

Le Roentgenium est un élément chimique de symbole Rg et de numéro atomique 111. C'est un élément synthétique extrêmement radioactif qui peut être créé en laboratoire mais qui ne se trouve pas dans la nature. L'isotope connu le plus stable, le roentgenium-282, a une demi-vie de 100 secondes, bien que le roentgenium-286 non confirmé puisse avoir une demi-vie plus longue d'environ 10,7 minutes. Roentgenium a été créé en 1994 par le GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research près de Darmstadt , en Allemagne. Il porte le nom du physicien Wilhelm Röntgen ( également orthographié Roentgen), qui a découvert les rayons X . Seuls quelques atomes de roentgenium ont jamais été synthétisés, et ils ne contiennent aucune application pratique actuelle au-delà de celle de l'étude scientifique.

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 11 éléments , bien qu'aucune expérience chimique n'ait été réalisée pour confirmer qu'il se comporte comme l' homologue le plus lourd de l' or dans le groupe 11 en tant que neuvième membre de la série 6d des métaux de transition. . Le roentgenium est censé avoir des propriétés similaires à ses homologues plus légers, le cuivre , l' argent et l'or, bien qu'il puisse présenter quelques différences par rapport à eux. On pense que le Roentgenium est un solide à température ambiante et qu'il a un aspect métallique dans son état normal.

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

Roentgenium a été nommé d' après le physicien Wilhelm Röntgen , découvreur des rayons X .
Toile de fond pour la présentation de la découverte et de la reconnaissance du roentgenium au GSI Darmstadt

Découverte officielle

Roentgenium a été synthétisé pour la première fois par une équipe internationale dirigée par Sigurd Hofmann à la Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) à Darmstadt , en Allemagne , le 8 décembre 1994. L'équipe a bombardé une cible de bismuth-209 avec des noyaux accélérés de nickel -64 et détecté trois noyaux de l' isotope roentgenium-272 :

209
83
Bi
+ 64
28
Ni
272
111
Rg
+ 1
0
m

Cette réaction avait été menée auparavant à l' Institut commun de recherche nucléaire de Doubna (alors en Union soviétique ) en 1986, mais aucun atome de 272 Rg n'avait alors été observé. En 2001, le groupe de travail conjoint IUPAC/IUPAP (JWP) a conclu qu'il n'y avait pas suffisamment de preuves pour la découverte à ce moment-là. L'équipe du GSI a répété son expérience en 2002 et détecté trois autres atomes. Dans leur rapport de 2003, le JWP a décidé que l'équipe GSI devrait être reconnue pour la découverte de cet élément.

Appellation

En utilisant la nomenclature de Mendeleev pour les éléments sans nom et non découverts , le roentgenium devrait être connu sous le nom d' eka- or . En 1979, l'IUPAC a publié des recommandations selon lesquelles l'élément devait être appelé unununium (avec le symbole correspondant de Uuu ), un nom d'élément systématique comme 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 salles de classe de chimie aux manuels avancés, les recommandations étaient pour la plupart ignorées par les scientifiques du domaine, qui l'appelaient élément 111 , avec le symbole E111 , (111) ou même simplement 111 .

Le nom roentgenium (Rg) a été proposé en 2004 par l'équipe GSI, en l'honneur du physicien allemand Wilhelm Conrad Röntgen , découvreur des rayons X . Ce nom a été accepté par l' IUPAC le 1er novembre 2004.

Isotopes

Roentgenium n'a pas d'isotopes stables ou naturels. Plusieurs isotopes radioactifs ont été synthétisés en laboratoire, soit par fusion des noyaux d'éléments plus légers, soit comme produits de désintégration intermédiaires d'éléments plus lourds. Neuf isotopes différents du roentgenium ont été rapportés avec des masses atomiques 272, 274, 278-283 et 286 (283 et 286 non confirmés), dont deux, le roentgenium-272 et le roentgenium-274, ont des états métastables connus mais non confirmés . Tous ces éléments se désintègrent par désintégration alpha ou par fission spontanée, bien que 280 Rg puisse également avoir une branche de capture d'électrons .

Stabilité et demi-vies

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

Année découverte

Réaction de découverte
Valeur Réf
272 RG 4,5 ms ?? 1994 209 Bi( 64 Ni,n)
274 RG 29 ms ?? 2004 278 Nh(—,α)
278 RG 4,2 ms ?? 2006 282 Nh(—,α)
279 RG 90 ms ?? 2003 287 Mc(—,2α)
280 RG 4,6 s , CE 2003 288 Mc(—,2α)
281 RG 17 s SF, 2010 293 Ts(—,3α)
282 RG 1,7 minute ?? 2010 294 Ts(—,3α)
283 RG 5,1 minutes SF 1999 283 Cn(e e )
286 RG 10,7 minutes ?? 1998 290 Fl(e e α)

Tous les isotopes du roentgenium sont extrêmement instables et radioactifs ; en général, les isotopes les plus lourds sont plus stables que les plus légers. L'isotope de roentgénium connu le plus stable, 282 Rg, est également l'isotope de roentgénium connu le plus lourd; il a une demi-vie de 100 secondes. Le 286 Rg non confirmé est encore plus lourd et semble avoir une demi-vie encore plus longue d'environ 10,7 minutes, ce qui en ferait l'un des nucléides superlourds connus ayant la durée de vie la plus longue ; de même, le 283 Rg non confirmé semble avoir une longue demi-vie d'environ 5,1 minutes. Les isotopes 280 Rg et 281 Rg ont également des demi-vies supérieures à une seconde. Les isotopes restants ont des demi-vies de l'ordre de la milliseconde.

Propriétés prévues

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

Chimique

Le roentgenium est le neuvième membre de la série 6d des métaux de transition . Les calculs de ses potentiels d'ionisation et de ses rayons atomiques et ioniques sont similaires à ceux de son homologue plus léger , l' or , ce qui implique que les propriétés de base du roentgenium ressembleront à celles des autres éléments du groupe 11 , cuivre , argent et or ; cependant, il est également prévu qu'il présente plusieurs différences par rapport à ses homologues plus légers.

Roentgenium est prévu pour être un métal noble . Le potentiel d'électrode standard de 1,9 V pour le couple Rg 3+ /Rg est supérieur à celui de 1,5 V pour le couple Au 3+ /Au. La première énergie d'ionisation prévue par Roentgenium de 1020 kJ/mol correspond presque à celle du gaz rare radon à 1037 kJ/mol. Sur la base des états d'oxydation les plus stables des éléments plus légers du groupe 11, le roentgenium devrait présenter des états d'oxydation stables +5 et +3, avec un état +1 moins stable. L'état +3 devrait être le plus stable. Le roentgenium(III) devrait avoir une réactivité comparable à l'or(III), mais devrait être plus stable et former une plus grande variété de composés. L'or forme également un état -1 quelque peu stable en raison d'effets relativistes, et il a été suggéré que le roentgenium pourrait faire de même : néanmoins, l' affinité électronique du roentgenium devrait être d'environ 1,6  eV (37  kcal/mol ), significativement inférieure à valeur de l'or de 2,3 eV (53 kcal/mol), donc les roentgenides peuvent ne pas être stables ou même possibles. Les orbitales 6d sont déstabilisées par des effets relativistes et des interactions spin-orbite vers la fin de la quatrième série de métaux de transition, rendant ainsi le roentgenium (V) à haut degré d'oxydation plus stable que son homologue plus léger l'or (V) (connu uniquement dans le pentafluorure d'or , Au 2 F 10 ) car les électrons 6d participent davantage à la liaison. Les interactions spin-orbite stabilisent les composés moléculaires de roentgenium avec plus d'électrons 6d de liaison; par exemple, RgF
6
devrait être plus stable que RgF
4
, qui devrait être plus stable que RgF
2
. La stabilité de RgF
6
est homologue à celui de AuF
6
; l'argent analogue AgF
6
est inconnue et ne devrait être que marginalement stable à la décomposition en AgF
4
et F 2 . De plus, Rg 2 F 10 devrait être stable à la décomposition, exactement analogue à Au 2 F 10 , alors que Ag 2 F 10 devrait être instable à la décomposition en Ag 2 F 6 et F 2 . L'heptafluorure d'or , AuF 7 , est connu comme un complexe difluoré d'or(V) AuF 5 ·F 2 , dont l'énergie est inférieure à celle d'un vrai heptafluorure d'or(VII) ; RgF 7 est plutôt calculé pour être plus stable qu'un véritable heptafluorure de roentgenium (VII), bien qu'il soit quelque peu instable, sa décomposition en Rg 2 F 10 et F 2 libérant une petite quantité d'énergie à température ambiante. Le Roentgenium(I) devrait être difficile à obtenir. L'or forme facilement le complexe de cyanure Au(CN)
2
, qui est utilisé dans son extraction du minerai par le processus de cyanuration de l' or ; roentgenium devrait emboîter le pas et former Rg(CN)
2
.

La chimie probable du roentgenium a suscité plus d'intérêt que celle des deux éléments précédents, le meitnerium et le darmstadtium , car les sous- couches de valence s des éléments du groupe 11 devraient être plus fortement contractées de manière relativiste au roentgenium. Les calculs sur le composé moléculaire Rg H montrent que les effets relativistes doublent la force de la liaison roentgénium-hydrogène, même si les interactions spin-orbite l'affaiblissent également de 0,7 eV (16 kcal/mol). Les composés Au X et RgX, où X = F , Cl , Br , O , Au ou Rg, ont également été étudiés. Rg + est prédit être l' ion métallique le plus doux, encore plus doux que Au + , bien qu'il y ait un désaccord sur le fait qu'il se comporterait comme un acide ou une base . En solution aqueuse, Rg + formerait l' ion aquatique [Rg(H 2 O) 2 ] + , avec une distance de liaison Rg–O de 207,1  pm . On s'attend également à ce qu'il forme des complexes Rg(I) avec l' ammoniac , la phosphine et le sulfure d'hydrogène .

Physique et atomique

Le roentgenium 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 d'une densité d'environ 22-24 g/cm 3 ; en comparaison, l'élément connu le plus dense dont la densité a été mesurée, l' osmium , a une densité de 22,61 g/cm 3 .

Les éléments du groupe stable 11, le cuivre, l'argent et l'or, ont tous une configuration électronique externe (n−1)d 10 ns 1 . Pour chacun de ces éléments, le premier état excité de leurs atomes a une configuration (n−1)d 9 ns 2 . En raison du couplage spin-orbite entre les électrons d, cet état est divisé en une paire de niveaux d'énergie. Pour le cuivre, la différence d'énergie entre l'état fondamental et l'état excité le plus bas fait apparaître le métal rougeâtre. Pour l'argent, l'écart énergétique s'élargit et il devient argenté. Cependant, à mesure que le numéro atomique augmente, les niveaux excités sont stabilisés par des effets relativistes et dans l'or la bande interdite diminue à nouveau et il apparaît en or. Pour le roentgenium, les calculs indiquent que le niveau 6d 9 7s 2 est stabilisé à un point tel qu'il devient l'état fondamental et que le niveau 6d 10 7s 1 devient le premier état excité. La différence d'énergie résultante entre le nouvel état fondamental et le premier état excité est similaire à celle de l'argent et le roentgenium devrait être d'apparence argentée. Le rayon atomique du roentgenium devrait être d'environ 138 pm.

Chimie expérimentale

La détermination sans ambiguïté des caractéristiques chimiques du roentgenium n'a pas encore été établie en raison des faibles rendements des réactions qui produisent les isotopes du roentgenium. 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 282 Rg, l'isotope confirmé le plus stable du roentgénium, est de 100 secondes, suffisamment longue pour effectuer des études chimiques, un autre obstacle est la nécessité d'augmenter le taux de production d'isotopes de roentgénium 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 roentgénium et permettre aux systèmes automatisés d'expérimenter la chimie en phase gazeuse et en solution du roentgénium, car les rendements pour les éléments plus lourds devraient être inférieurs à ceux des éléments plus légers. Cependant, la chimie expérimentale du roentgenium n'a pas reçu autant d'attention que celle des éléments plus lourds du copernicium au livermorium , malgré un intérêt précoce pour les prédictions théoriques en raison des effets relativistes sur la sous-couche n s du groupe 11 atteignant un maximum au roentgenium. Les isotopes 280 Rg et 281 Rg sont prometteurs pour l'expérimentation chimique et peuvent être produits comme les petites-filles des isotopes moscovium 288 Mc et 289 Mc respectivement ; leurs parents sont les isotopes de nihonium 284 Nh et 285 Nh, qui ont déjà fait l'objet d'études chimiques préliminaires.

Voir également

Remarques

Les références

Bibliographie

Liens externes