Flerovio

El flerovio es un elemento químico superpesado de símbolo Fl y número atómico 114. Es un elemento sintético extremadamente radiactivo. Lleva el nombre del Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares del Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear en Dubna, Rusia, donde se descubrió el elemento en 1998. El nombre del laboratorio, a su vez, honra al físico ruso Georgy Flyorov (Флёров en cirílico, de ahí la transliteración de "yo" a "e"). La IUPAC adoptó el nombre el 30 de mayo de 2012. El nombre y el símbolo se habían propuesto anteriormente para el elemento 102 (nobelio), pero la IUPAC no los aceptó en ese momento.

Es una transactinida en el bloque p de la tabla periódica. Está en el período 7; el miembro más pesado conocido del grupo del carbono y el último elemento cuya química ha sido investigada. Los estudios químicos iniciales en 2007-2008 indicaron que el flerovium era inesperadamente volátil para un elemento del grupo 14; en resultados preliminares incluso parecía exhibir propiedades similares a los gases nobles.Resultados más recientes muestran que la reacción del flerovium con el oro es similar a la del copernicium, mostrando que es muy volátil e incluso puede ser gaseoso a temperatura y presión estándar, que mostraría propiedades metálicas, consistentes con ser el homólogo más pesado del plomo, y que sería el metal menos reactivo del grupo 14. Aún no se ha resuelto si el flerovio se comporta más como un metal o como un gas noble a partir de 2022; también podría ser un semiconductor.

Se han visto unos 90 átomos de flerovio: 58 se sintetizaron directamente; el resto, de la desintegración radiactiva de elementos más pesados. Se ha demostrado que todos estos átomos de flerovio tienen un número de masa 284–290. El isótopo conocido más estable, Fl, tiene una vida media de ~1,9 segundos, pero el Fl no confirmado puede tener una vida media más larga de 19 segundos; esta sería una de las vidas medias más largas de cualquier nucleido en estos confines más lejanos de la tabla periódica. Se predice que el flerovio se encuentra cerca del centro de la teoría de la isla de estabilidad, y se espera que los isótopos de flerovio más pesados, especialmente el posiblemente mágico Fl, puedan tener vidas medias aún más largas.

Introducción

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Visualización de fusión nuclear fallida, basada en cálculos de la Universidad Nacional de Australia

Los núcleos atómicos más pesados ​​se crean en reacciones nucleares que combinan otros dos núcleos de tamaño desigual en uno; aproximadamente, cuanto más desiguales sean los dos núcleos en términos de masa, mayor será la posibilidad de que los dos reaccionen. El material hecho de los núcleos más pesados ​​se convierte en un objetivo, que luego es bombardeado por el haz de núcleos más ligeros. Dos núcleos solo pueden fusionarse en uno si se acercan lo suficiente; normalmente, los núcleos (todos con carga positiva) se repelen entre sí debido a la repulsión electrostática. La interacción fuerte puede superar esta repulsión pero solo a una distancia muy corta de un núcleo; los núcleos del haz son así muy acelerados para que dicha repulsión sea insignificante en comparación con la velocidad del núcleo del haz.Acercarse solo no es suficiente para que dos núcleos se fusionen: cuando dos núcleos se acercan, generalmente permanecen juntos durante aproximadamente 10 segundos y luego se separan (no necesariamente en la misma composición que antes de la reacción) en lugar de formar un solo núcleo. Si se produce la fusión, la fusión temporal, denominada núcleo compuesto, es un estado excitado. Para perder su energía de excitación y alcanzar un estado más estable, un núcleo compuesto se fisiona o expulsa uno o varios neutrones, que se llevan la energía. Esto ocurre en aproximadamente 10 segundos después de la colisión inicial.

El rayo atraviesa el objetivo y llega a la siguiente cámara, el separador; si se produce un nuevo núcleo, se transporta con este rayo. En el separador, el núcleo recién producido se separa de otros nucleidos (el del haz original y cualquier otro producto de reacción) y se transfiere a un detector de barrera de superficie, que detiene el núcleo. Se marca la ubicación exacta del próximo impacto en el detector; también están marcadas su energía y el momento de la llegada. La transferencia tarda unos 10 segundos; para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir tanto tiempo. El núcleo se registra nuevamente una vez que se registra su desintegración, y se miden la ubicación, la energía y el tiempo de la desintegración.

La estabilidad de un núcleo es proporcionada por la interacción fuerte. Sin embargo, su rango es muy corto; a medida que los núcleos se hacen más grandes, su influencia sobre los nucleones más externos (protones y neutrones) se debilita. Al mismo tiempo, el núcleo se desgarra por la repulsión electrostática entre los protones, ya que tiene un alcance ilimitado. Por lo tanto, los núcleos de los elementos más pesados ​​​​se predicen teóricamente y hasta ahora se ha observado que se desintegran principalmente a través de modos de desintegración causados ​​​​por dicha repulsión: desintegración alfa y fisión espontánea;estos modos son predominantes para núcleos de elementos superpesados. Las desintegraciones alfa son registradas por las partículas alfa emitidas, y los productos de desintegración son fáciles de determinar antes de la desintegración real; si tal desintegración o una serie de desintegraciones consecutivas produce un núcleo conocido, el producto original de una reacción se puede determinar aritméticamente. Sin embargo, la fisión espontánea produce varios núcleos como productos, por lo que el nucleido original no puede determinarse a partir de sus hijos.

La información disponible para los físicos que pretenden sintetizar uno de los elementos más pesados ​​es, por lo tanto, la información recopilada en los detectores: ubicación, energía y tiempo de llegada de una partícula al detector, y los de su desintegración. Los físicos analizan estos datos y buscan concluir que efectivamente fue causado por un nuevo elemento y no podría haber sido causado por un nucleido diferente al que se afirma. A menudo, los datos proporcionados son insuficientes para concluir que definitivamente se creó un nuevo elemento y no hay otra explicación para los efectos observados; se han cometido errores en la interpretación de los datos.

Historia

Pre-descubrimiento

A fines de la década de 1940 y principios de la de 1960, los primeros días de la fabricación de elementos transuránicos cada vez más pesados, se predijo que, dado que dichos elementos no se producían de forma natural, tendrían vidas medias de fisión espontánea cada vez más cortas, hasta que dejaran de existir por completo alrededor del elemento. 108 (ahora llamado hassio). El trabajo inicial de síntesis de los actínidos más pesados ​​pareció confirmarlo.El modelo de capa nuclear, introducido en 1949 y ampliamente desarrollado a fines de la década de 1960 por William Myers y Władysław Świątecki, dice que los protones y los neutrones forman capas dentro de un núcleo, análogas a las capas de electrones. Los gases nobles no son reactivos debido a una capa de electrones completa; por lo que se teorizó que los elementos con capas nucleares completas, aquellos que tienen números "mágicos" de protones o neutrones, se estabilizarían contra la descomposición. Un isótopo doblemente mágico, con números mágicos tanto de protones como de neutrones, estaría especialmente estabilizado. Heiner Meldner calculó en 1965 que el siguiente isótopo doblemente mágico después del Pb era el Fl con 114 protones y 184 neutrones, que sería el centro de una "isla de estabilidad". Esta isla de estabilidad, supuestamente desde copernicium (Z = 112) hasta oganesson (Z = 118), vendría después de un largo "mar de inestabilidad" desde el mendelevio (Z = 101) hasta el roentgenio (Z = 111), y en 1966 se especuló que los isótopos de flerovio que contiene tenían vidas medias > 10 años. Estas primeras predicciones fascinaron a los investigadores y condujeron al primer intento de hacer flerovium en 1968 con la reacción Cm(Ar,xn). No se detectaron átomos de flerovio; Se pensó que esto se debía a que el núcleo compuesto Fl solo tiene 174 neutrones en lugar de los supuestos 184 mágicos, y esto tendría un impacto significativo en la sección transversal de la reacción (rendimiento) y la vida media de los núcleos producidos. Pasaron entonces 30 años más antes de que se hiciera el primer flerovium.Trabajos posteriores sugieren que las islas de estabilidad alrededor del hassio y el flerovio se deben a que estos núcleos están respectivamente deformados y achatados, lo que los hace resistentes a la fisión espontánea, y que la verdadera isla de estabilidad para los núcleos esféricos se produce alrededor del unbibium-306 (122 protones, 184 neutrones).

Descubrimiento

Flerovium fue fabricado por primera vez en diciembre de 1998 por un equipo de científicos del Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear (JINR), Dubna, Rusia, dirigido por Yuri Oganessian, quien bombardeó un objetivo de plutonio-244 con núcleos acelerados de calcio-48:₉₄PU+₂₀California→₁₁₄Florida* →₁₁₄Florida+ 2₀norte

Esta reacción se había intentado antes, sin éxito; para este intento de 1998, JINR había actualizado todo su equipo para detectar y separar mejor los átomos producidos y bombardear el objetivo con mayor intensidad. Se detectó un átomo de flerovio, alfa en descomposición con una vida útil de 30,4 s. La energía de desintegración medida fue de 9,71 MeV, lo que da una vida media esperada de 2 a 23 s. Esta observación se asignó a Fl y se publicó en enero de 1999. El experimento se repitió más tarde, pero nunca se volvió a observar un isótopo con estas propiedades de descomposición, por lo que se desconoce la identidad exacta de esta actividad. Puede deberse al isómero Fl,pero debido a que la presencia de toda una serie de isómeros de vida más larga en su cadena de desintegración sería bastante dudosa, la asignación más probable de esta cadena es al canal 2n que conduce a Fl y la captura de electrones a Nh, lo que encaja bien con la sistemática y las tendencias de los isótopos de flerovium, y es consistente con la energía de haz bajo elegida para ese experimento, aunque sería deseable una mayor confirmación a través de la síntesis de Lv en una reacción de Cm(Ca,2n), que decaería alfa a Fl. El equipo de RIKEN informó sobre la posible síntesis de los isótopos Lv y Fl en 2016 en una reacción de Cm(Ca,2n), pero se pasó por alto la desintegración alfa de Lv, la desintegración alfa de Fl aSe observó Cn en lugar de la captura de electrones a Nh, y la asignación a Lv en lugar de Lv y la descomposición a un isómero de Cn no era segura.

Glenn T. Seaborg, un científico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley que había estado involucrado en el trabajo para crear elementos tan superpesados, dijo en diciembre de 1997 que "uno de sus sueños más preciados y más duraderos era ver uno de estos elementos mágicos".; su colega Albert Ghiorso le habló de la síntesis de flerovium poco después de su publicación en 1999. Ghiorso recordó más tarde:

Quería que Glenn lo supiera, así que me acerqué a su cama y se lo dije. Me pareció ver un brillo en sus ojos, pero al día siguiente cuando fui a visitarlo no recordaba haberme visto. Como científico, había muerto cuando tuvo ese derrame cerebral.—Alberto  Ghiorso

Seaborg murió dos meses después, el 25 de febrero de 1999.

Isótopos

Isótopo	Media vida	Modo de descomposición	Año de descubrimiento	Reacción de descubrimiento
Valor	Árbitro
Florida	2,5 ms		SF	2015	Pu(Ca,4n)Pu(Ca,3n)
Florida	0,10 s		α	2010	Pu(Ca,5n)
Florida	0,12 s		α, SF	2003	Lv(—,a)
Florida	0,48 s		α, CE?	2003	Pu(Ca,5n)
Florida	0,66 segundos		α	2004	Pu(Ca,4n)
Florida	1,9 s		α	1999	Pu(Ca,3n)
Florida	1,1 s		α	2012	Lv(—,a)
Florida	19s		α, CE?	1998	Pu(Ca,2n)

En marzo de 1999, el mismo equipo reemplazó el objetivo de Pu con Pu para producir otros isótopos de flerovium. Aquí, se produjeron dos átomos de flerovium, desintegrados en alfa con una vida media de 5,5 s. Fueron asignados como Fl. Esta actividad tampoco se ha vuelto a ver, y no está claro qué núcleo se produjo. Es posible que fuera el isómero Fl o de la captura de electrones por Fl, lo que condujo a Nh y Rg.

El descubrimiento ahora confirmado de flerovium se realizó en junio de 1999 cuando el equipo de Dubna repitió la primera reacción de 1998. Esta vez, se produjeron dos átomos de flerovium; se desintegraron alfa con una vida media de 2,6 s, diferente del resultado de 1998. Esta actividad se asignó inicialmente a Fl por error, debido a la confusión con respecto a las observaciones anteriores que se suponía provenían de Fl. El trabajo adicional en diciembre de 2002 finalmente permitió una reasignación positiva de los átomos de junio de 1999 a Fl.

En mayo de 2009, el Grupo de Trabajo Conjunto (JWP) de IUPAC publicó un informe sobre el descubrimiento de copernicium en el que reconoció el descubrimiento del isótopo Cn. Esto implicó el descubrimiento del flerovium, a partir del reconocimiento de los datos para la síntesis de Fl y Lv, que decaen a Cn. El descubrimiento de flerovium-286 y -287 se confirmó en enero de 2009 en Berkeley. A esto le siguió la confirmación de flerovium-288 y -289 en julio de 2009 en Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) en Alemania. En 2011, la IUPAC evaluó los experimentos del equipo de Dubna de 1999 a 2007. Encontraron que los primeros datos no eran concluyentes, pero aceptaron los resultados de 2004-2007 como flerovium, y se reconoció oficialmente que el elemento había sido descubierto.

Si bien el método de caracterización química de un hijo fue exitoso para flerovium y livermorium, y la estructura más simple de los núcleos pares hizo que la confirmación de oganesson (Z = 118) fuera sencilla, ha habido dificultades para establecer la congruencia de las cadenas de descomposición de los isótopos con protones impares, neutrones impares o ambos. Para solucionar este problema con la fusión en caliente, cuyas cadenas de desintegración terminan en fisión espontánea en lugar de conectarse a núcleos conocidos como lo permite la fusión en frío, se realizaron experimentos en Dubna en 2015 para producir isótopos más ligeros de flerovio por reacción de Ca con Pu y Pu., particularmente Fl, Fl y Fl; el último había sido previamente caracterizado en el Pu(Ca,5n) Fl en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en 2010. Fl se caracterizó más claramente, mientras que se descubrió que el nuevo isótopo Fl experimentaba fisión espontánea inmediata en lugar de desintegración alfa a nucleidos conocidos alrededor del cierre de la capa N = 162, y Fl fue extraviado. Es posible que este isótopo más ligero todavía se produzca en la reacción de fusión fría Pb(Ge,n) Fl, que el equipo de RIKEN en Japón ha considerado investigar: se espera que esta reacción tenga una sección transversal mayor de 200 fb que el "mundo récord" mínimo de 30 fb para Bi(Zn,n) Nh, la reacción que utilizó RIKEN para el descubrimiento oficial del elemento 113 (nihonio).El equipo de Dubna repitió su investigación de la reacción Pu+ Ca en 2017, observando tres nuevas cadenas de desintegración consistentes de Fl, otra cadena de desintegración de este nucleido que puede pasar por algunos estados isoméricos en sus hijas, una cadena que podría asignarse a Fl (probablemente de impurezas de Pu en el objetivo), y algunas fisiones espontáneas de las cuales algunas podrían ser de Fl, aunque también son posibles otras interpretaciones que incluyen reacciones secundarias que involucran la evaporación de partículas cargadas.

Denominación

Según la nomenclatura de Mendeleev para elementos no identificados y no descubiertos, el flerovium a veces se denomina eka-plomo. En 1979, la IUPAC publicó recomendaciones según las cuales el elemento se llamaría ununquadium (símbolo Uuq), un nombre de elemento sistemático como marcador de posición, hasta que se confirme el descubrimiento del elemento y se decida un nombre permanente. La mayoría de los científicos en el campo lo llamaron "elemento 114", con el símbolo de E114, (114) o 114.

Según las recomendaciones de la IUPAC, los descubridores de un nuevo elemento tienen derecho a sugerir un nombre. Después de que IUPAC reconoció el descubrimiento de flerovium y livermorium el 1 de junio de 2011, IUPAC solicitó al equipo de descubrimiento de JINR que sugiriera nombres permanentes para los dos elementos. El equipo de Dubna eligió el nombre flerovium (símbolo Fl), en honor al Laboratorio de Reacciones Nucleares Flerov (FLNR) de Rusia, llamado así por el físico soviético Georgy Flyorov (también escrito Flerov); informes anteriores afirman que el nombre del elemento se propuso directamente en honor a Flyorov. De acuerdo con la propuesta recibida de los descubridores, la IUPAC nombró oficialmente al flerovium en honor al Laboratorio de Reacciones Nucleares de Flerov, no en honor al propio Flyorov.Flyorov es conocido por escribirle a Joseph Stalin en abril de 1942 y señalar el silencio en las revistas científicas en el campo de la fisión nuclear en los Estados Unidos, Gran Bretaña y Alemania. Flyorov dedujo que esta investigación debe haberse convertido en información clasificada en esos países. El trabajo y los impulsos de Flyorov llevaron al desarrollo del propio proyecto de bomba atómica de la URSS. Flyorov también es conocido por el descubrimiento de la fisión espontánea con Konstantin Petrzhak. La ceremonia de nombramiento de flerovium y livermorium se llevó a cabo el 24 de octubre de 2012 en Moscú.

En una entrevista de 2015 con Oganessian, el presentador, en preparación para hacer una pregunta, dijo: "Dijiste que habías soñado con nombrar [un elemento] en honor a tu maestro Georgy Flyorov". Sin dejar que el anfitrión terminara, Oganessian dijo repetidamente: "Lo hice".

Propiedades predichas

Se han medido muy pocas propiedades del flerovio o sus compuestos; debido a su producción extremadamente limitada y costosa y al hecho de que se descompone muy rápidamente. Se han medido algunas propiedades singulares, pero en su mayor parte, las propiedades del flerovium siguen siendo desconocidas y solo se dispone de predicciones.

Estabilidad nuclear e isótopos

La base de la periodicidad química en la tabla periódica es el cierre de la capa de electrones en cada gas noble (números atómicos 2, 10, 18, 36, 54, 86 y 118): ya que cualquier electrón adicional debe ingresar a una nueva capa con mayor energía., las configuraciones electrónicas de capa cerrada son marcadamente más estables, de ahí la inercia de los gases nobles. También se sabe que los protones y los neutrones forman capas nucleares cerradas, por lo que sucede lo mismo en los cierres de las capas de los nucleones, que ocurren en números de nucleones específicos, a menudo denominados "números mágicos". Los números mágicos conocidos son 2, 8, 20, 28, 50 y 82 para protones y neutrones; también 126 para neutrones.Los núcleos con números mágicos de protones y neutrones, como helio-4, oxígeno-16, calcio-48 y plomo-208, son "doblemente mágicos" y son muy estables. Esta estabilidad es muy importante para los elementos superpesados: sin estabilización, por extrapolación exponencial se esperaría que la vida media fuera de nanosegundos en el darmstadtio (elemento 110), porque la repulsión electrostática cada vez mayor entre los protones supera la fuerza nuclear fuerte de rango limitado que mantiene unidos los núcleos. Se cree que las siguientes capas cerradas de nucleones (números mágicos) denotan el centro de la ansiada isla de estabilidad, donde las vidas medias hasta la descomposición alfa y la fisión espontánea se alargan nuevamente.

Inicialmente, por analogía con el número mágico de neutrones 126, la próxima capa de protones también se esperaba en el elemento 126, demasiado más allá de las capacidades de síntesis de mediados del siglo XX para recibir mucha atención teórica. En 1966, nuevos valores para el potencial y la interacción espín-órbita en esta región de la tabla periódica contradijeron esto y predijeron que la próxima capa de protones estaría en el elemento 114, y que los núcleos en esta región serían relativamente estables frente a la fisión espontánea. Las capas de neutrones cerradas esperadas en esta región estaban en el número de neutrones 184 o 196, lo que hacía que Fl y Fl fueran candidatos para ser doblemente mágicos. Las estimaciones de 1972 predijeron una vida media de alrededor de 1 año paraFl, que se esperaba que estuviera cerca de una isla de estabilidad centrada cerca de Ds (con una vida media de alrededor de 10 años, comparable a Th). Después de fabricar los primeros isótopos de los elementos 112–118 a principios del siglo XXI, se descubrió que estos isótopos deficientes en neutrones se estabilizaron contra la fisión. En 2008, por lo tanto, se planteó la hipótesis de que la estabilización contra la fisión de estos nucleidos se debía a sus núcleos achatados, y que una región de núcleos achatados estaba centrada en Fl. Además, los nuevos modelos teóricos mostraron que la brecha de energía esperada entre los orbitales de protones 2f _7/2 (lleno en el elemento 114) y 2f _5/2(relleno en el elemento 120) era más pequeño de lo esperado, por lo que el elemento 114 ya no parecía ser una capa nuclear esférica cerrada estable. Ahora se espera que el próximo núcleo doblemente mágico esté alrededor de Ubb, pero la esperada vida media corta y la sección transversal de baja producción de este nucleido hacen que su síntesis sea un desafío. Aún así, se espera que exista la isla de estabilidad en esta región, y más cerca de su centro (que aún no se ha acercado lo suficiente) algunos nucleidos, como Mc y sus hijas de desintegración alfa y beta, pueden decaer por emisión de positrones o captura de electrones y así moverse hacia el centro de la isla. Debido a las altas barreras de fisión esperadas, cualquier núcleo en esta isla de estabilidad se desintegraría exclusivamente por desintegración alfa y quizás algo de captura de electrones y desintegración beta.ambos acercarían los núcleos a la línea de estabilidad beta donde se espera que esté la isla. Se necesita la captura de electrones para llegar a la isla, lo cual es problemático porque no es seguro que la captura de electrones sea un modo de decaimiento importante en esta región del gráfico de nucleidos.

Se realizaron experimentos entre 2000 y 2004 en el Laboratorio de Reacciones Nucleares de Flerov en Dubna para estudiar las propiedades de fisión del núcleo compuesto Fl mediante el bombardeo de Pu con iones de Ca acelerados. Un núcleo compuesto es una combinación suelta de nucleones que aún no se han organizado en capas nucleares. No tiene estructura interna y se mantiene unido únicamente por las fuerzas de colisión entre los dos núcleos. Los resultados mostraron cómo estos núcleos se fisionan principalmente al expulsar fragmentos doblemente mágicos o casi doblemente mágicos, como Ca, Sn, Pb o Bi. También se encontró que los proyectiles de Ca y Fe tenían un rendimiento similar para la vía de fusión-fisión, por lo tanto, el posible uso futuro de proyectiles de Fe en la fabricación de elementos superpesados.También se ha sugerido que se puede formar un isótopo de flerovio rico en neutrones por cuasifisión (fusión parcial seguida de fisión) de un núcleo masivo. Recientemente se ha demostrado que las reacciones de transferencia de múltiples nucleones en colisiones de núcleos de actínidos (como el uranio y el curio) podrían utilizarse para generar núcleos superpesados ​​ricos en neutrones en la isla de estabilidad, aunque la producción de nobelio o seaborgio ricos en neutrones es más importante. probable.

Las estimaciones teóricas de la vida media de desintegración alfa de los isótopos de flerovium respaldan los datos experimentales. Se predice que el isótopo Fl sobrevivido a la fisión, que durante mucho tiempo se esperaba que fuera doblemente mágico, tiene una vida media de desintegración alfa de ~17 días. Hacer Fl directamente por una vía de fusión-evaporación es actualmente imposible: ninguna combinación conocida de objetivo y proyectil estable puede dar 184 neutrones para el núcleo compuesto, y los proyectiles radiactivos como Ca (vida media 14 s) aún no se pueden usar en los necesarios. cantidad e intensidad. Una posibilidad para hacer los núcleos teorizados de vida larga de copernicium (Cn y Cn) y flerovium cerca del centro de la isla es usar objetivos aún más pesados ​​como Cm, Bk, Cf y Es, que cuando se fusionan conCa produciría isótopos como Mc y Fl (como productos de desintegración de Uue, Ts y Lv), que pueden tener suficientes neutrones para la desintegración alfa a nucleidos lo suficientemente cerca del centro de la isla para posiblemente capturar electrones y moverse hacia adentro para el centro. Sin embargo, las secciones transversales de reacción serían pequeñas y aún se sabe poco sobre las propiedades de descomposición de los superpesados ​​cerca de la línea de estabilidad beta. Esta puede ser la mejor esperanza actual para sintetizar núcleos en la isla de estabilidad, pero es especulativo y puede o no funcionar en la práctica. Otra posibilidad es usar explosiones nucleares controladas para obtener el alto flujo de neutrones necesario para producir cantidades macroscópicas de dichos isótopos.Esto imitaría el proceso r donde los actínidos se produjeron por primera vez en la naturaleza y la brecha de inestabilidad después de pasar por alto el polonio, ya que pasaría por alto las brechas de inestabilidad en Fm y en el número de masa 275 (números atómicos 104 a 108). Algunos de estos isótopos (especialmente Cn y Cn) pueden incluso haberse sintetizado en la naturaleza, pero se descompondrían demasiado rápido (con vidas medias de solo miles de años) y se producirían en cantidades demasiado pequeñas (~10 la abundancia de plomo) ser detectable hoy fuera de los rayos cósmicos.

Atómico y físico

Flerovium está en el grupo 14 en la tabla periódica, debajo del carbono, silicio, germanio, estaño y plomo. Cada elemento del grupo 14 anterior tiene 4 electrones en su capa de valencia, por lo tanto, la configuración electrónica de valencia ns np. Para el flerovio, la tendencia continuará y la configuración electrónica de valencia se predice como 7s 7p; flerovium será similar a sus congéneres más ligeros en muchos aspectos. Es probable que surjan diferencias; un gran contribuyente es la interacción espín-órbita (SO), interacción mutua entre el movimiento y el espín de los electrones. Es especialmente fuerte en los elementos superpesados, porque los electrones se mueven más rápido que en los átomos más ligeros, a velocidades comparables a la velocidad de la luz.Para el flerovio, reduce los niveles de energía de los electrones 7s y 7p (estabilizando los electrones correspondientes), pero dos de los niveles de energía de los electrones 7p se estabilizan más que los otros cuatro. La estabilización de los electrones 7s se denomina efecto de par inerte, y el efecto de "desgarrar" la subcapa 7p en las partes más y menos estabilizadas se denomina división de la subcapa. Los químicos computacionales ven la división como un cambio del segundo número cuántico (azimutal) ℓ de 1 a ¹ ⁄ ₂ y ³ ⁄ ₂ para las partes más estabilizadas y menos estabilizadas de la subcapa 7p, respectivamente.Para muchos propósitos teóricos, la configuración electrónica de valencia se puede representar para reflejar la división de la subcapa 7p como 7s7p_1/2. Estos efectos hacen que la química del flerovium sea algo diferente de la de sus vecinos más ligeros.

Debido a que la división espín-órbita de la subcapa 7p es muy grande en flerovium, y ambos orbitales llenos de flerovium en la 7ma capa están estabilizados relativistamente; Se puede considerar que la configuración electrónica de valencia del flerovio tiene una capa completamente llena. Su primera energía de ionización de 8,539 eV (823,9 kJ/mol) debería ser la segunda más alta en el grupo 14. Los niveles de electrones 6d también están desestabilizados, lo que lleva a algunas especulaciones iniciales de que pueden ser químicamente activos, aunque un trabajo más reciente sugiere que esto es poco probable.. Debido a que la primera energía de ionización es más alta que en el silicio y el germanio, aunque aún más baja que en el carbono, se ha sugerido que el flerovio podría clasificarse como un metaloide.

La configuración electrónica de capa cerrada del florovio significa que los enlaces metálicos en el florovio metálico son más débiles que en los elementos anteriores y posteriores; por lo tanto, se espera que el flerovio tenga un punto de ebullición bajo, y recientemente se ha sugerido que posiblemente sea un metal gaseoso, similar a las predicciones para el copernicio, que también tiene una configuración electrónica de capa cerrada. Los puntos de fusión y ebullición de Flerovium se predijeron en la década de 1970 en alrededor de 70 y 150 °C, significativamente más bajos que los de los elementos más ligeros del grupo 14 (el plomo tiene 327 y 1749 °C), y continuando la tendencia de disminución de los puntos de ebullición en el grupo. Estudios anteriores predijeron un punto de ebullición de ~1000 °C o 2840 °C,pero esto ahora se considera improbable debido a la débil unión metálica esperada y que las tendencias del grupo esperarían que el flerovio tuviera una baja entalpía de sublimación. Los cálculos preliminares de 2021 predijeron que el flerovio debería tener un punto de fusión de -73 °C (más bajo que el mercurio a -39 °C y el copernicio, previsto de 10 ± 11 °C) y un punto de ebullición de 107 °C, lo que lo convertiría en un metal líquido. Al igual que el mercurio, el radón y el copernicio, pero no el plomo y el oganesón (eka-radon), se calcula que el flerovio no tiene afinidad electrónica.

Un estudio de 2010 publicó cálculos que predecían una estructura cristalina compacta hexagonal para el flerovio debido a los efectos de acoplamiento espín-órbita y una densidad de 9,928 g/cm, aunque se observó que probablemente era un poco demasiado baja. Cálculos más recientes publicados en 2017 esperaban que el flerovium cristalizara en una estructura cristalina cúbica centrada en la cara como su congénere más ligero, el plomo, y los cálculos publicados en 2022 predijeron una densidad de 11,4 ± 0,3 g/cm, similar al plomo (11,34 g/cm). Estos cálculos encontraron que las estructuras compactas hexagonales y cúbicas centradas en las caras deberían tener casi la misma energía, un fenómeno que recuerda a los gases nobles. Estos cálculos predicen que el flerovium compacto hexagonal debería ser un semiconductor, con una banda prohibida de 0,8 ± 0,3 eV. (También se predice que el copernicio es un semiconductor). Estos cálculos predicen que la energía cohesiva del flerovio debería ser de alrededor de −0,5 ± 0,1 eV; esto es similar al previsto para oganesson (−0,45 eV), mayor que el previsto para copernicium (−0,38 eV), pero menor que el del mercurio (−0,79 eV). El punto de fusión se calculó en 284±50 K (11±50 °C), por lo que probablemente el flerovio sea líquido a temperatura ambiente, aunque no se determinó el punto de ebullición.

Se espera que el electrón de un ion de flerovio similar al hidrógeno (Fl; elimine todos menos un electrón) se mueva tan rápido que su masa sea 1,79 veces mayor que la de un electrón estacionario, debido a los efectos relativistas. (Se espera que las cifras para el plomo y el estaño similares al hidrógeno sean 1,25 y 1,073 respectivamente). El flerovio formaría enlaces metal-metal más débiles que el plomo y se adsorbería menos en las superficies.

Químico

Flerovium es el miembro más pesado conocido del grupo 14, por debajo del plomo, y se prevé que sea el segundo miembro de la serie de elementos 7p. Se espera que el nihonio y el flerovio formen un subperíodo muy corto correspondiente al llenado del orbital 7p _1/2, entre el llenado de las subcapas 6d _5/2 y 7p _3/2. Se espera que su comportamiento químico sea muy distintivo: la homología del nihonio con el talio ha sido calificada de "dudosa" por los químicos computacionales, mientras que la del flerovio con el plomo ha sido calificada solo como "formal".

Los primeros cinco miembros del grupo 14 muestran un estado de oxidación +4 y los últimos miembros tienen una química +2 cada vez más prominente debido al inicio del efecto de par inerte. Para el estaño, los estados +2 y +4 son similares en estabilidad, y el plomo (II) es el más estable de todos los estados de oxidación +2 químicamente bien conocidos en el grupo 14. Los orbitales 7s están muy altamente estabilizados en flerovium, por lo que se necesita una hibridación orbital sp muy grande para lograr un estado de oxidación +4, por lo que se espera que el flerovio sea incluso más estable que el plomo en su estado de oxidación +2 fuertemente predominante y su estado de oxidación +4 debería ser muy inestable. Por ejemplo, el dióxido (FlO ₂) se espera que sea altamente inestable a la descomposición en sus elementos constituyentes (y no se formaría por reacción directa de flerovium con oxígeno), y se predice que flerovane (FlH ₄), que debería tener longitudes de enlace Fl-H de 1.787 Å, ser termodinámicamente más inestable que el plomo, descomponiéndose espontáneamente en hidruro de flerovio(II) (FlH ₂) y H ₂. El tetrafluoruro FlF ₄ tendría enlaces principalmente debido a hibridaciones sd más que a hibridaciones sp, y su descomposición en difluoruro y gas flúor sería exotérmica. Los otros tetrahaluros (por ejemplo, FlCl ₄se desestabiliza en alrededor de 400 kJ/mol) se descomponen de manera similar. El correspondiente anión polifluoruro FlF₆debe ser inestable a la hidrólisis en solución acuosa, y aniones de polihaluro de flerovio (II) como FlBr₃y FlI₃se prevé que se formen preferentemente en soluciones. Las hibridaciones sd se sugirieron en los primeros cálculos, ya que los electrones 7s y 6d del flerovio comparten aproximadamente la misma energía, lo que permitiría que se formara un hexafluoruro volátil, pero los cálculos posteriores no confirman esta posibilidad. En general, la contracción espín-órbita del orbital 7p _1/2 debería conducir a longitudes de enlace más pequeñas y ángulos de enlace más grandes: esto se ha confirmado teóricamente en FlH ₂. Aun así, incluso FlH ₂ debería desestabilizarse relativistamente en 2,6 eV por debajo de Fl+H ₂; los grandes efectos de espín-órbita también rompen la división habitual de triplete-singlete en los dihidruros del grupo 14. FlF2 y _FlCl2 se prevé que sean más estables que FlH ₂.

Debido a la estabilización relativista de flerovium 7s 7p_1/2configuración electrónica de valencia, el estado de oxidación 0 también debería ser más estable para el flerovio que para el plomo, ya que los electrones 7p _1/2 también comienzan a tener un leve efecto de par inerte: esta estabilización del estado neutro puede provocar algunas similitudes entre el comportamiento de flerovio y el gas noble radón. Debido a la inercia relativa esperada del flerovio, los compuestos diatómicos FlH y FlF deberían tener energías de disociación más bajas que los correspondientes compuestos de plomo PbH y PbF. Flerovium (IV) debería ser incluso más electronegativo que el plomo (IV); el plomo (IV) tiene una electronegatividad de 2,33 en la escala de Pauling, aunque el valor del plomo (II) es solo 1,87. Flerovium podría ser un metal noble.

El flerovio(II) debería ser más estable que el plomo(II) y los haluros FlX, FlX ₂, FlX₃y FLX₄(X = Cl, Br, I) se espera que se formen fácilmente. Los fluoruros sufrirían una fuerte hidrólisis en solución acuosa. Se espera que todos los dihaluros de flerovio sean estables; siendo el difluoruro soluble en agua. Los efectos de giro-órbita desestabilizarían el dihidruro (FlH ₂) en casi 2,6 eV (250 kJ/mol). En solución acuosa, el oxianión flerovita (FlO₂) también se formaría, de forma análoga a la plumbita. El sulfato (FlSO ₄) y el sulfuro (FlS) de flerovium(II) deben ser muy insolubles en agua, y el acetato (FlC ₂ H ₃ O ₂) y el nitrato (Fl(NO ₃) ₂) de flerovium(II) deben ser bastante insolubles en agua. soluble. El potencial de electrodo estándar para la reducción del ion Fl a flerovio metálico se estima en alrededor de +0,9 V, lo que confirma la mayor estabilidad del flerovio en estado neutro. En general, debido a la estabilización relativista del espinor 7p _1/2, se espera que Fl tenga propiedades intermedias entre las de Hg o Cd y su congénere más ligero Pb.

Química experimental

Flerovium es actualmente el último elemento cuya química se ha investigado experimentalmente, aunque los estudios hasta ahora no son concluyentes. Se realizaron dos experimentos entre abril y mayo de 2007 en una colaboración conjunta FLNR-PSI para estudiar la química del copernicio. El primer experimento utilizó la reacción Pu(Ca,3n) Fl; y el segundo, Pu(Ca,4n) Fl: estas reacciones dan isótopos de flerovium de vida corta cuyas hijas de copernicium luego se estudiarían. Las propiedades de adsorción de los átomos resultantes sobre una superficie de oro se compararon con las del radón, ya que entonces se esperaba que la configuración electrónica de capa completa del copernicio condujera a un comportamiento similar al de un gas noble. Los gases nobles interactúan muy débilmente con las superficies metálicas, lo que no es característico de los metales.

El primer experimento encontró 3 átomos de Cn pero aparentemente también 1 átomo de Fl. Esto fue una sorpresa; el tiempo de transporte de los átomos del producto es ~2 s, por lo que el flerovio debería haberse descompuesto en copernicio antes de la adsorción. En la segunda reacción se observaron 2 átomos de Fl y posiblemente 1 de Fl. Dos de los tres átomos mostraron características de adsorción asociadas con un elemento volátil similar a un gas noble, lo cual ha sido sugerido pero no predicho por cálculos más recientes. Estos experimentos dieron una confirmación independiente para el descubrimiento de copernicium, flerovium y livermorium mediante la comparación con los datos de descomposición publicados. Otros experimentos en 2008 para confirmar este importante resultado detectaron 1 átomo deFl, y respaldó datos anteriores que mostraban que el flerovium tenía una interacción similar a la de un gas noble con el oro.

El apoyo empírico para un flerovium similar a un gas noble pronto se debilitó. En 2009 y 2010, la colaboración FLNR-PSI sintetizó más flerovium para dar seguimiento a sus estudios de 2007 y 2008. En particular, los primeros tres átomos de flerovio creados en el estudio de 2010 sugirieron nuevamente un carácter similar al de un gas noble, pero el conjunto completo en conjunto resultó en una interpretación más ambigua, inusual para un metal en el grupo del carbono pero no completamente como un metal noble. de carácter gaseoso. En su artículo, los científicos se abstuvieron de llamar a las propiedades químicas del flerovium "cercanas a las de los gases nobles", como se había hecho anteriormente en el estudio de 2008.La volatilidad de flerovium se midió nuevamente a través de interacciones con una superficie de oro y proporcionó indicaciones de que la volatilidad de flerovium era comparable a la del mercurio, el astato y el copernicio investigado simultáneamente, que había demostrado en el estudio ser un metal noble muy volátil. conforme a que es el elemento del grupo 12 más pesado conocido. Aún así, se señaló que este comportamiento volátil no se esperaba para un metal del grupo 14 habitual.

En experimentos realizados en 2012 en GSI, se descubrió que la química del flerovium era más metálica que la del gas noble. Jens Volker Kratz y Christoph Düllmann nombraron específicamente al copernicium y al flerovium como pertenecientes a una nueva categoría de "metales volátiles"; Kratz incluso especuló que podrían ser gases a temperatura y presión estándar. Se esperaba que estos "metales volátiles", como categoría, se ubicaran entre los metales normales y los gases nobles en términos de propiedades de adsorción. Contrariamente a los resultados de 2009 y 2010, en los experimentos de 2012 se demostró que las interacciones de flerovium y copernicium respectivamente con el oro eran casi iguales. Estudios posteriores mostraron que el flerovium era más reactivo que el copernicium, en contradicción con experimentos y predicciones anteriores.

En un artículo de 2014 que detalla los resultados experimentales de la caracterización química del flerovium, el grupo GSI escribió: "[flerovium] es el elemento menos reactivo del grupo, pero sigue siendo un metal".Sin embargo, en una conferencia de 2016 sobre química y física de elementos pesados ​​y superpesados, Alexander Yakushev y Robert Eichler, dos científicos que habían estado activos en GSI y FLNR en la determinación de la química del flerovium, aún instaron a la precaución en base a las inconsistencias de los diversos experimentos enumerados anteriormente., señalando que la cuestión de si el flerovio era un metal o un gas noble aún estaba abierta con la evidencia conocida: un estudio sugirió una interacción similar a la de un gas noble débil entre el flerovio y el oro, mientras que el otro sugirió una interacción metálica más fuerte. El mismo año, se realizaron nuevos experimentos para probar la química de copernicium y flerovium en las instalaciones de TASCA de GSI, y actualmente se están analizando los datos de estos experimentos. Como tal, las propiedades químicas del flerovium aún no se han determinado de manera inequívoca.El isótopo Fl de vida más larga se ha considerado de interés para futuros estudios radioquímicos.