Nihonio

El nihonio es un elemento químico sintético de símbolo Nh y número atómico 113. Es extremadamente radiactivo; su isótopo conocido más estable, nihonio-286, tiene una vida media de unos 10 segundos. En la tabla periódica, el nihonio es un elemento transactínido en el bloque p. Es un miembro del período 7 y del grupo 13 (grupo del boro).

Se informó por primera vez que Nihonium fue creado en 2003 por una colaboración ruso-estadounidense en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) en Dubna, Rusia, y en 2004 por un equipo de científicos japoneses en Riken en Wakō, Japón. La confirmación de sus reclamos en los años siguientes involucró a equipos independientes de científicos que trabajaban en los Estados Unidos, Alemania, Suecia y China, así como a los reclamantes originales en Rusia y Japón. En 2015, el grupo de trabajo conjunto IUPAC/IUPAP reconoció el elemento y asignó la prioridad de los derechos de descubrimiento y denominación del elemento a Riken. El equipo de Riken sugirió el nombre nihonium en 2016, que fue aprobado ese mismo año. El nombre proviene del nombre japonés común para Japón (日本, nihon).

Se sabe muy poco sobre el nihonio, ya que solo se ha producido en cantidades muy pequeñas que se descomponen en segundos. Las vidas anómalamente largas de algunos nucleidos superpesados, incluidos algunos isótopos de nihonio, se explican mediante la teoría de la "isla de estabilidad". Los experimentos respaldan la teoría, con la vida media de los isótopos de nihonio confirmados aumentando de milisegundos a segundos a medida que se agregan neutrones y se acerca a la isla. Se ha calculado que el nihonio tiene propiedades similares a sus homólogos boro, aluminio, galio, indio y talio. Todos menos el boro son metales posteriores a la transición, y se espera que el nihonio también sea un metal posterior a la transición. También debería mostrar varias diferencias importantes con respecto a ellos; por ejemplo, el nihonio debería ser más estable en el estado de oxidación +1 que en el estado +3, como el talio, pero en el estado +1, el nihonio debería comportarse más como la plata y el astato que como el talio. Los experimentos preliminares en 2017 mostraron que el nihonio elemental no es muy volátil; su química permanece en gran parte inexplorada.

Introducción

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

Indicaciones tempranas

Las síntesis de los elementos 107 a 112 se realizaron en el Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados ​​en Darmstadt, Alemania, de 1981 a 1996. Estos elementos se fabricaron mediante fusión en frío.reacciones, en las que los objetivos hechos de talio, plomo y bismuto, que están alrededor de la configuración estable de 82 protones, son bombardeados con iones pesados ​​de elementos del período 4. Esto crea núcleos fusionados con bajas energías de excitación debido a la estabilidad de los núcleos de los objetivos, lo que aumenta significativamente el rendimiento de los elementos superpesados. La fusión fría fue iniciada por Yuri Oganessian y su equipo en 1974 en el Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear (JINR) en Dubna, Unión Soviética. Se encontró que los rendimientos de las reacciones de fusión en frío disminuyen significativamente con el aumento del número atómico; los núcleos resultantes eran severamente deficientes en neutrones y de corta duración. El equipo de GSI intentó sintetizar el elemento 113 mediante fusión en frío en 1998 y 2003, bombardeando bismuto-209 con zinc-70; ambos intentos fueron fallidos.

Frente a este problema, Oganessian y su equipo en el JINR volvieron su atención a la antigua técnica de fusión en caliente, en la que los objetivos de actínidos pesados ​​eran bombardeados con iones más ligeros. Se sugirió el calcio-48 como un proyectil ideal, porque es muy rico en neutrones para un elemento ligero (combinado con los actínidos ya ricos en neutrones) y minimizaría las deficiencias de neutrones de los nucleidos producidos. Siendo doblemente mágico, conferiría beneficios en estabilidad a los núcleos fusionados. En colaboración con el equipo del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) en Livermore, California, Estados Unidos, hicieron un intento con el elemento 114 (que se predijo que sería un número mágico, cerrando una capa de protones y más estable que el elemento 113).

En 1998, la colaboración JINR-LLNL comenzó su intento con el elemento 114, bombardeando un objetivo de plutonio-244 con iones de calcio-48:₉₄PU+₂₀California→ 114* → 114 + 2norte+ mi → 113 + ν _mi

Se observó un solo átomo que se pensó que era el isótopo 114: los resultados se publicaron en enero de 1999. A pesar de los numerosos intentos de repetir esta reacción, nunca se volvió a encontrar un isótopo con estas propiedades de descomposición, y la identidad exacta de esta actividad es desconocido. Un artículo de 2016 consideró que la explicación más probable del resultado de 1998 es que el núcleo compuesto producido emitió dos neutrones, lo que llevó a 114 y la captura de electrones a 113, mientras que se emitieron más neutrones en todas las demás cadenas producidas. Este habría sido el primer informe de una cadena de descomposición de un isótopo del elemento 113, pero no se reconoció en ese momento y la asignación aún es incierta.Una actividad similar de larga duración observada por el equipo de JINR en marzo de 1999 en la reacción Pu + Ca puede deberse a la hija de captura de electrones de 114, 113; esta asignación también es tentativa.

Colaboración JINR-LLNL

El descubrimiento ahora confirmado del elemento 114 se realizó en junio de 1999 cuando el equipo JINR repitió la primera reacción Pu + Ca de 1998; A continuación, el equipo de JINR utilizó la misma técnica de fusión en caliente para sintetizar los elementos 116 y 118 en 2000 y 2002, respectivamente, a través de las reacciones Cm + Ca y Cf + Ca. Luego dirigieron su atención a los elementos impares que faltaban, ya que los protones impares y posiblemente los neutrones dificultarían la descomposición por fisión espontánea y darían como resultado cadenas de descomposición más largas.

El primer informe del elemento 113 fue en agosto de 2003, cuando se identificó como un producto de desintegración alfa del elemento 115. El elemento 115 se había producido bombardeando un objetivo de americio-243 con proyectiles de calcio-48. La colaboración JINR-LLNL publicó sus resultados en febrero de 2004:₉₅Soy+₂₀California→ 115* → 115 + 3norte→ 113 +α₉₅Soy+₂₀California→ 115* → 115 + 4norte→ 113 +α

Se observaron cuatro desintegraciones alfa más, que terminaron con la fisión espontánea de isótopos del elemento 105, dubnio.

Riken

Mientras que la colaboración JINR-LLNL había estado estudiando las reacciones de fusión con Ca, un equipo de científicos japoneses en el Centro Riken Nishina para la ciencia basada en aceleradores en Wakō, Japón, dirigido por Kōsuke Morita había estado estudiando las reacciones de fusión fría. Morita había estudiado previamente la síntesis de elementos superpesados ​​en el JINR antes de formar su propio equipo en Riken. En 2001, su equipo confirmó los descubrimientos de GSI de los elementos 108, 110, 111 y 112. Luego hicieron un nuevo intento con el elemento 113, utilizando el mismo Bi +reacción de Zn que el GSI había intentado sin éxito en 1998. A pesar del rendimiento mucho más bajo esperado que para la técnica de fusión en caliente de JINR con calcio-48, el equipo de Riken optó por usar la fusión en frío ya que los isótopos sintetizados se desintegrarían alfa en nucleidos hijos conocidos y producirían el descubrimiento mucho más seguro, y no requeriría el uso de objetivos radiactivos. En particular, el isótopo 113 que se esperaba que se produjera en esta reacción se descompondría en el conocido Bh, que había sido sintetizado en 2000 por un equipo del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) en Berkeley.

El bombardeo de Bi con Zn en Riken comenzó en septiembre de 2003. El equipo detectó un solo átomo de 113 en julio de 2004 y publicó sus resultados en septiembre:₈₃Bi+₃₀zinc→ 113* → 113 +norte

El equipo de Riken observó cuatro desintegraciones alfa de 113, creando una cadena de desintegración que pasa por Rg, Mt y Bh antes de terminar con la fisión espontánea de Db. Los datos de desintegración que observaron para la desintegración alfa de Bh coincidieron con los datos de 2000, lo que respalda su afirmación. La fisión espontánea de su hija Db no se había conocido previamente; el equipo estadounidense había observado solo la descomposición alfa de este nucleido.

Camino a la confirmación

Cuando se reclama el descubrimiento de un nuevo elemento, el Grupo de Trabajo Conjunto (JWP) de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) y la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada (IUPAP) se reúnen para examinar las afirmaciones según sus criterios. para el descubrimiento de un nuevo elemento, y decide la prioridad científica y los derechos de denominación de los elementos. De acuerdo con los criterios JWP, un descubrimiento debe demostrar que el elemento tiene un número atómico diferente de todos los valores observados anteriormente. Preferiblemente, también debería ser repetido por otros laboratorios, aunque este requisito se ha dispensado cuando los datos son de muy alta calidad. Tal demostración debe establecer las propiedades, ya sean físicas o químicas, del nuevo elemento y establecer que son las de un elemento previamente desconocido. Las principales técnicas utilizadas para demostrar el número atómico son las reacciones cruzadas (la creación de nucleidos reclamados como padres o hijos de otros nucleidos producidos por una reacción diferente) y el anclaje de cadenas de desintegración a nucleidos hijos conocidos. Para el JWP, la prioridad en la confirmación tiene prioridad sobre la fecha del reclamo original. Ambos equipos se propusieron confirmar sus resultados por estos métodos.

Resumen de las cadenas de descomposición que pasan por los isótopos del elemento 113 y terminan en el mendelevio (elemento 101) o antes. El JWP aceptó las dos cadenas con nucleidos en negrita como evidencia de los descubrimientos del elemento 113 y sus padres, los elementos 115 y 117. Los datos se presentan como conocidos en 2015 (antes de que se publicaran las conclusiones del JWP).

2004-2008

En junio de 2004 y nuevamente en diciembre de 2005, la colaboración JINR-LLNL reforzó su reclamo por el descubrimiento del elemento 113 mediante la realización de experimentos químicos en Db, el producto final de desintegración de 115. Esto fue valioso ya que ninguno de los nucleidos en esta cadena de desintegración fue conocido previamente, por lo que su afirmación no estaba respaldada por ningún dato experimental anterior, y la experimentación química fortalecería el caso de su afirmación, ya que se conoce la química del dubnio. Db se identificó con éxito extrayendo los productos de descomposición finales, midiendo las actividades de fisión espontánea (SF) y utilizando técnicas de identificación química para confirmar que se comportan como un elemento del grupo 5 (se sabe que el dubnio está en el grupo 5). Tanto la vida media como el modo de descomposición se confirmaron para el propuestoDb que da soporte a la asignación de los núcleos padre e hijo a los elementos 115 y 113 respectivamente. Otros experimentos en el JINR en 2005 confirmaron los datos de descomposición observados.

En noviembre y diciembre de 2004, el equipo de Riken estudió la reacción Tl + Zn, apuntando el haz de zinc a un objetivo de talio en lugar de bismuto, en un esfuerzo por producir directamente Rg en un bombardeo cruzado, ya que es el hijo inmediato de 113. La reacción no tuvo éxito, ya que el objetivo de talio era físicamente débil en comparación con los objetivos de plomo y bismuto más utilizados, y se deterioró significativamente y se volvió no uniforme en espesor. Se desconocen las razones de esta debilidad, dado que el talio tiene un punto de fusión más alto que el bismuto. Luego, el equipo de Riken repitió la reacción original de Bi + Zn y produjo un segundo átomo de 113 en abril de 2005, con una cadena de descomposición que nuevamente terminó con la fisión espontánea deDB. Los datos de desintegración fueron ligeramente diferentes a los de la primera cadena: esto podría deberse a que una partícula alfa escapó del detector sin depositar toda su energía, o porque algunos de los productos intermedios de desintegración se formaron en estados isoméricos metaestables.

En 2006, un equipo de la Instalación de Investigación de Iones Pesados ​​en Lanzhou, China, investigó la reacción Am + Mg, produciendo cuatro átomos de Bh. Las cuatro cadenas comenzaron con un decaimiento alfa a Db; tres cadenas terminaron allí con fisión espontánea, como en las 113 cadenas observadas en Riken, mientras que la restante continuó a través de otra desintegración alfa a Lr, como en las cadenas Bh observadas en LBNL.

En junio de 2006, la colaboración JINR-LLNL afirmó haber sintetizado un nuevo isótopo del elemento 113 directamente al bombardear un objetivo de neptunio-237 con núcleos acelerados de calcio-48:₉₃Notario público+₂₀California→ 113* → 113 + 3norte

Se detectaron dos átomos de 113. El objetivo de este experimento había sido sintetizar los isótopos 113 y 113 que llenarían el vacío entre los isótopos producidos por fusión en caliente (113 y 113) y fusión en frío (113). Después de cinco desintegraciones alfa, estos nucleidos alcanzarían isótopos conocidos de lawrencio, suponiendo que las cadenas de desintegración no terminaran prematuramente por fisión espontánea. La primera cadena de desintegración terminó en fisión después de cuatro desintegraciones alfa, presumiblemente originadas en Db o su hija de captura de electrones Rf. No se observó fisión espontánea en la segunda cadena incluso después de cuatro desintegraciones alfa. Se podría haber pasado por alto una quinta desintegración alfa en cada cadena, ya queTeóricamente, Db puede sufrir una descomposición alfa, en cuyo caso la primera cadena de descomposición habría terminado en el conocido Lr o No y la segunda podría haber continuado hasta el conocido Md de larga duración, que tiene una vida media de 51,5 días, más larga que la duración del experimento: esto explicaría la falta de un evento de fisión espontánea en esta cadena. En ausencia de detección directa de las desintegraciones alfa de larga duración, estas interpretaciones siguen sin confirmarse, y todavía no existe un vínculo conocido entre los nucleidos superpesados ​​producidos por fusión en caliente y el conocido cuerpo principal de la tabla de nucleidos.

2009-2015

El JWP publicó su informe sobre los elementos 113-116 y 118 en 2011. Reconoció que la colaboración JINR-LLNL había descubierto los elementos 114 y 116, pero no aceptó el reclamo de ninguno de los equipos sobre el elemento 113 y no aceptó los reclamos JINR-LLNL de elementos 115 y 118. El reclamo JINR-LLNL de los elementos 115 y 113 se había basado en la identificación química de su hijo dubnio, pero el JWP objetó que la teoría actual no podía distinguir entre los elementos superpesados ​​del grupo 4 y del grupo 5 por sus propiedades químicas con suficiente confianza para permitir esta asignación.Las propiedades de desintegración de todos los núcleos en la cadena de desintegración del elemento 115 no se habían caracterizado previamente antes de los experimentos de JINR, una situación que el JWP generalmente considera "problemática, pero no necesariamente exclusiva", y con la pequeña cantidad de átomos producidos sin hijas conocidas ni reacciones cruzadas, el JWP consideró que sus criterios no se habían cumplido. El JWP tampoco aceptó la afirmación del equipo de Riken debido a las inconsistencias en los datos de descomposición, la pequeña cantidad de átomos del elemento 113 producidos y la falta de anclajes inequívocos a los isótopos conocidos.

A principios de 2009, el equipo de Riken sintetizó el producto de descomposición Bh directamente en la reacción Cm + Na para establecer su vínculo con 113 como un bombardeo cruzado. También establecieron la desintegración ramificada de Db, que a veces sufría una fisión espontánea y otras veces sufría la desintegración alfa previamente conocida a Lr.

A fines de 2009, la colaboración JINR-LLNL estudió la reacción Bk + Ca en un esfuerzo por producir el elemento 117, que se descompondría en los elementos 115 y 113 y reforzaría sus afirmaciones en una reacción cruzada. Ahora se les unieron científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) y la Universidad de Vanderbilt, ambos en Tennessee, Estados Unidos, quienes ayudaron a obtener el objetivo de berkelio raro y altamente radiactivo necesario para completar la campaña de calcio-48 de JINR para sintetizar los elementos más pesados ​​en la tabla periodica. Se sintetizaron dos isótopos del elemento 117, decayendo al elemento 115 y luego al elemento 113:₉₇negro+₂₀California→ 117* → 117 + 3norte→ 115 + a → 113 + a₉₇negro+₂₀California→ 117* → 117 + 4norte→ 115 + a → 113 + a

Los nuevos isótopos 113 y 113 producidos no se superpusieron con los 113, 113 y 113 reclamados anteriormente, por lo que esta reacción no podría usarse como un bombardeo cruzado para confirmar las afirmaciones de 2003 o 2006.

En marzo de 2010, el equipo de Riken volvió a intentar sintetizar Rg directamente a través de la reacción Tl + Zn con equipos mejorados; fracasaron nuevamente y abandonaron esta ruta de bombardeo cruzado.

Después de 450 días más de irradiación de bismuto con proyectiles de zinc, Riken produjo e identificó otros 113 átomos en agosto de 2012. Aunque los precios de la electricidad se habían disparado desde el terremoto y tsunami de Tōhoku de 2011, y Riken había ordenado el cierre de los programas aceleradores para ahorrar dinero, Al equipo de Morita se le permitió continuar con un experimento y eligieron su intento de confirmar su síntesis del elemento 113. En este caso, se observó una serie de seis desintegraciones alfa, lo que condujo a un isótopo de mendelevio:113 →₁₁₁Rg+α→₁₀₉Monte+α→₁₀₇bh+α→₁₀₅DB+α→₁₀₃Lr+α→₁₀₁Maryland+α

Esta cadena de desintegración difería de las observaciones anteriores en Riken principalmente en el modo de desintegración de Db, que anteriormente se observó que sufría una fisión espontánea, pero en este caso, en cambio, se descompuso alfa; el decaimiento alfa de Db a Lr es bien conocido. El equipo calculó que la probabilidad de coincidencia accidental era 10 o totalmente insignificante. El átomo de Md resultante luego se sometió a la captura de electrones a Fm, que sufrió la séptima descomposición alfa en la cadena al Cf de larga duración, que tiene una vida media de alrededor de trece años.

El experimento Bk + Ca se repitió en el JINR en 2012 y 2013 con resultados consistentes, y nuevamente en el GSI en 2014. En agosto de 2013, un equipo de investigadores de la Universidad de Lund en Lund, Suecia, y del GSI anunciaron que habían repitió el experimento Am + Ca de 2003, lo que confirma los hallazgos de la colaboración JINR-LLNL. El mismo año, el experimento de 2003 se había repetido en el JINR, ahora también creando el isótopo 115 que podría servir como un bombardeo cruzado para confirmar su descubrimiento del elemento 117 isótopo 117, así como su hija 113 como parte de su descomposición. cadena. La confirmación de 115 y sus hijas fue publicada por el equipo de la LBNL en 2015.

Aprobación de descubrimientos

En diciembre de 2015, la IUPAC publicó las conclusiones de un nuevo informe JWP en un comunicado de prensa, en el que el elemento 113 fue otorgado a Riken; los elementos 115, 117 y 118 fueron otorgados a las colaboraciones involucrando a la JINR. Se había programado un anuncio conjunto de 2016 por parte de IUPAC e IUPAP para que coincidiera con la publicación de los informes de JWP, pero solo IUPAC decidió una publicación anticipada porque la noticia de que a Riken se le otorgó crédito por el elemento 113 se filtró a los periódicos japoneses. Por primera vez en la historia, un equipo de físicos asiáticos nombraría un nuevo elemento.El JINR consideró inesperado el otorgamiento del elemento 113 a Riken, citando su propia producción de 2003 de los elementos 115 y 113, y señalando los precedentes de los elementos 103, 104 y 105 donde IUPAC había otorgado crédito conjunto a JINR y LBNL. Afirmaron que respetaban la decisión de la IUPAC, pero reservaron la determinación de su posición para la publicación oficial de los informes JWP.

Los informes completos del JWP se publicaron el 21 de enero de 2016. El JWP reconoció el descubrimiento del elemento 113 y asignó prioridad a Riken. Notaron que si bien las energías de desintegración individuales de cada nucleido en la cadena de desintegración de 113 eran inconsistentes, ahora se confirmó que su suma era consistente, lo que sugiere fuertemente que los estados inicial y final en 113 y su hija Db fueron los mismos para los tres eventos.. El decaimiento de Db a Lr y Md se conocía previamente, anclando firmemente la cadena de decaimiento de113 a regiones conocidas del gráfico de nucleidos. El JWP consideró que las colaboraciones JINR-LLNL de 2004 y 2007, que produjeron el elemento 113 como hijo del elemento 115, no cumplían con los criterios de descubrimiento ya que no habían determinado de manera convincente los números atómicos de sus nucleidos mediante bombardeos cruzados, que se consideraban necesario ya que sus cadenas de desintegración no estaban ancladas a nucleidos previamente conocidos. También consideraron que las preocupaciones del JWP anterior sobre su identificación química de la hija del dubnio no se habían abordado adecuadamente. El JWP reconoció la colaboración JINR-LLNL-ORNL-Vanderbilt de 2010 por haber descubierto los elementos 117 y 115, y aceptó que el elemento 113 se había producido como su hija, pero no le dio crédito compartido a este trabajo.

Después de la publicación de los informes de JWP, Sergey Dimitriev, director de laboratorio del laboratorio Flerov en el JINR donde se realizaron los descubrimientos, comentó que estaba contento con la decisión de la IUPAC y mencionó el tiempo que Riken dedicó a su experimento y sus buenas relaciones con Morita., que había aprendido los conceptos básicos de la síntesis de elementos superpesados ​​en el JINR.

El argumento de la suma presentado por el JWP en la aprobación del descubrimiento del elemento 113 fue posteriormente criticado en un estudio de mayo de 2016 de la Universidad de Lund y el GSI, ya que solo es válido si no se produce una descomposición gamma o una conversión interna a lo largo de la cadena de descomposición. lo cual no es probable para núcleos impares, y la incertidumbre de las energías de desintegración alfa medidas en la cadena de desintegración 113 no era lo suficientemente pequeña como para descartar esta posibilidad. Si este es el caso, la similitud en la vida de las hijas intermedias se convierte en un argumento sin sentido, ya que diferentes isómeros del mismo nucleido pueden tener diferentes vidas medias: por ejemplo, el estado fundamental deTa tiene una vida media de horas, pero nunca se ha observado que un estado excitado Ta decaiga. Este estudio encontró razones para dudar y criticar la aprobación de la IUPAC de los descubrimientos de los elementos 115 y 117, pero se encontró que los datos de Riken para el elemento 113 eran congruentes, y los datos del equipo de JINR para los elementos 115 y 113 probablemente lo fueran., respaldando así la aprobación de la IUPAC del descubrimiento del elemento 113. Dos miembros del equipo de JINR publicaron un artículo de revista refutando estas críticas contra la congruencia de sus datos sobre los elementos 113, 115 y 117 en junio de 2017.

Denominación

Usando la nomenclatura de Mendeleev para elementos no identificados y no descubiertos, el nihonio se conocería como eka-talio. En 1979, la IUPAC publicó recomendaciones según las cuales el elemento se llamaría ununtrium (con el símbolo correspondiente de Uut), un nombre de elemento sistemático como marcador de posición, hasta que se confirme el descubrimiento del elemento y se decida un nombre. Las recomendaciones fueron ampliamente utilizadas en la comunidad química en todos los niveles, desde las aulas de química hasta los libros de texto avanzados, pero en su mayoría fueron ignoradas entre los científicos en el campo, quienes lo llamaron "elemento 113", con el símbolo de E113, (113), o incluso simplemente 113.

Antes de que el JWP reconociera su prioridad, el equipo japonés había sugerido extraoficialmente varios nombres: japonium, en honor a su país de origen; nishinanium, en honor al físico japonés Yoshio Nishina, el "padre fundador de la investigación de la física moderna en Japón"; y rikenium, después del instituto. Tras el reconocimiento, el equipo de Riken se reunió en febrero de 2016 para decidir un nombre. Morita expresó su deseo de que el nombre hiciera honor al hecho de que el elemento 113 había sido descubierto en Japón. Se consideró Japonium, lo que hace que la conexión con Japón sea fácil de identificar para los no japoneses, pero se rechazó porque Jap se considera un insulto étnico. El nombre nihonio fue elegido después de una hora de deliberación: proviene de nihon (日本), una de las dos pronunciaciones japonesas para el nombre de Japón. Los descubridores también tenían la intención de hacer referencia al apoyo de su investigación por parte del pueblo japonés (Riken está financiado casi en su totalidad por el gobierno), recuperar el orgullo perdido y la confianza en la ciencia entre aquellos que se vieron afectados por el desastre nuclear de Fukushima Daiichi, y honrar el químico japonés Masataka Ogawa. 1908 descubrimiento del renio, al que llamó "nipponium" con el símbolo Np por la otra pronunciación japonesa del nombre de Japón. Como no se aceptó la afirmación de Ogawa, el nombre "nipponio" no se pudo reutilizar para un nuevo elemento, y su símbolo Np se usó desde entonces para el neptunio.En marzo de 2016, Morita propuso a la IUPAC el nombre "nihonium", con el símbolo Nh. El nombramiento hizo realidad lo que había sido un sueño nacional en la ciencia japonesa desde la afirmación de Ogawa.

La expresidenta de IUPAP, Cecilia Jarlskog, se quejó en el Simposio Nobel sobre elementos superpesados ​​en el castillo de Bäckaskog, Suecia, en junio de 2016 sobre la falta de apertura en el proceso de aprobación de nuevos elementos y afirmó que creía que el trabajo del JWP era defectuoso y debe ser rehecho por un nuevo JWP. Una encuesta de físicos determinó que muchos sentían que las críticas de Lund-GSI 2016 al informe JWP estaban bien fundadas, pero que las conclusiones se mantendrían si se volviera a hacer el trabajo, y el nuevo presidente, Bruce McKellar, dictaminó que los nombres propuestos debe publicarse en un comunicado de prensa conjunto IUPAP-IUPAC. Así, la IUPAC y la IUPAP dieron a conocer la propuesta del nihonio ese junio,y fijó un plazo de cinco meses para recoger comentarios, luego de lo cual el nombre sería formalmente establecido en una conferencia. El nombre se aprobó oficialmente en noviembre de 2016. La ceremonia de nombramiento del nuevo elemento se llevó a cabo en Tokio, Japón, en marzo de 2017, con la presencia de Naruhito, entonces príncipe heredero de Japón.

Isótopos

Nihonium no tiene isótopos estables o naturales. Se han sintetizado varios isótopos radiactivos en el laboratorio, ya sea mediante la fusión de dos átomos o mediante la observación de la descomposición de elementos más pesados. Se han informado ocho isótopos diferentes de nihonio con masas atómicas 278, 282–287 y 290 (Nh y Nh no están confirmados); todos ellos se desintegran a través de la desintegración alfa a isótopos de roentgenio; ha habido indicios de que el nihonio-284 también puede decaer por captura de electrones a copernicio-284.

Estabilidad y vidas medias.

La estabilidad de los núcleos disminuye rápidamente con el aumento del número atómico después del curio, el elemento 96, cuya vida media es más de diez mil veces mayor que la de cualquier elemento posterior. Todos los isótopos con un número atómico superior a 101 sufren una desintegración radiactiva con vidas medias de menos de 30 horas: esto se debe a la repulsión de protones de Coulomb cada vez mayor, de modo que la fuerza nuclear fuerte no puede mantener unido el núcleo contra la fisión espontánea durante mucho tiempo.. Los cálculos sugieren que, en ausencia de otros factores estabilizadores, no deberían existir elementos con más de 103 protones. Los investigadores en la década de 1960 sugirieron que las capas nucleares cerradas alrededor de 114 protones y 184 neutrones deberían contrarrestar esta inestabilidad y crear una "isla de estabilidad" que contiene nucleidos con vidas medias que alcanzan los miles o millones de años.

Todos los isótopos de nihonio son inestables y radiactivos; los isótopos de nihonio más pesados ​​son más estables que los más livianos, ya que están más cerca del centro de la isla. El isótopo de nihonio conocido más estable, Nh, es también el más pesado; tiene una vida media de 8 segundos. También se ha informado que el isótopo Nh, así como los Nh y Nh no confirmados, tienen vidas medias de más de un segundo. Los isótopos Nh y Nh tienen vidas medias de 1 y 0,1 segundos respectivamente. Los dos isótopos restantes tienen vidas medias entre 0,1 y 100 milisegundos: Nh tiene una vida media de 70 milisegundos yNh, el isótopo de nihonio más ligero conocido, es también el de vida más corta, con una vida media de 1,4 milisegundos. Este rápido aumento en las vidas medias cerca de la capa de neutrones cerrada en N = 184 se observa en el roentgenio, el copernicio y el nihonio (elementos 111 a 113), donde cada neutrón adicional hasta ahora multiplica la vida media por un factor de 5 a 20

Propiedades predichas

Se han medido muy pocas propiedades del nihonio o sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y costosa y al hecho de que se descompone muy rápidamente. Las propiedades del nihonio en su mayoría siguen siendo desconocidas y solo se dispone de predicciones.

Físico y atómico

El nihonio es el primer miembro de la serie de elementos 7p y el elemento del grupo 13 más pesado de la tabla periódica, por debajo del boro, el aluminio, el galio, el indio y el talio. Todos los elementos del grupo 13, excepto el boro, son metales, y se espera que el nihonio haga lo mismo. Se prevé que Nihonium muestre muchas diferencias con respecto a sus homólogos más ligeros. La razón principal de esto es la interacción espín-órbita (SO), que es especialmente fuerte para los elementos superpesados, porque sus electrones se mueven mucho más rápido que en los átomos más livianos, a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. En relación con los átomos de nihonio, reduce los niveles de energía de los electrones 7s y 7p (estabilizando esos electrones), 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 la separación de 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 y menos estabilizadas de la subcapa 7p, respectivamente. A efectos teóricos, la configuración electrónica de valencia se puede representar para reflejar la división de la subcapa 7p como 7s 7p _1/2. Se espera que la primera energía de ionización del nihonio sea de 7,306 eV, la más alta entre los metales del grupo 13. Debería existir una división de subcapas similar para los niveles de electrones 6d, siendo cuatro 6d _3/2 y seis 6d_5/2. Ambos niveles se elevan para estar cerca en energía a los 7s, lo suficientemente altos como para posiblemente ser químicamente activos. Esto permitiría la posibilidad de compuestos de nihonio exóticos sin análogos del grupo 13 más ligeros.

Las tendencias periódicas predecirían que el nihonio tiene un radio atómico mayor que el del talio debido a que se encuentra un período más abajo en la tabla periódica, pero los cálculos sugieren que el nihonio tiene un radio atómico de aproximadamente 170 pm, el mismo que el del talio, debido a la estabilización relativista y contracción de sus orbitales 7s y 7p _1/2. Por lo tanto, se espera que el nihonio sea mucho más denso que el talio, con una densidad prevista de alrededor de 16 a 18 g/cm2 en comparación con los 11,85 g/cm3 del talio, ya que los átomos de nihonio son más pesados ​​que los átomos de talio pero tienen el mismo volumen. Se espera que el nihonio a granel tenga una estructura cristalina compacta hexagonal, como el talio.Se ha pronosticado que los puntos de fusión y ebullición del nihonio serán de 430 °C y 1100 °C respectivamente, superando los valores del galio, el indio y el talio, siguiendo tendencias periódicas. El nihonio debería tener un módulo volumétrico de 20,8 GPa, aproximadamente la mitad del talio (43 GPa).

Químico

Se espera que la química del nihonio sea muy diferente a la del talio. Esta diferencia se deriva de la división espín-órbita de la capa 7p, lo que da como resultado que el nihonio se encuentre entre dos elementos de capa cerrada relativamente inertes (copernicium y flerovium), una situación sin precedentes en la tabla periódica. Se espera que el nihonio sea menos reactivo que el talio, debido a la mayor estabilización y la inactividad química resultante de la subcapa 7s del nihonio en comparación con la subcapa 6s del talio. Se prevé que el potencial de electrodo estándar para el par Nh/Nh sea de 0,6 V. El nihonio debería ser un metal bastante noble.

Los elementos del grupo metálico 13 se encuentran típicamente en dos estados de oxidación: +1 y +3. El primero resulta de la participación de un solo electrón p en el enlace, y el último resulta de la participación de los tres electrones de valencia, dos en la subcapa s y uno en la subcapa p. Al descender en el grupo, las energías de los enlaces disminuyen y el estado +3 se vuelve menos estable, ya que la energía liberada al formar dos enlaces adicionales y alcanzar el estado +3 no siempre es suficiente para compensar la energía necesaria para involucrar a los electrones s. Por lo tanto, para el aluminio y el galio +3 es el estado más estable, pero +1 gana importancia para el indio y para el talio se vuelve más estable que el estado +3. Se espera que Nihonium continúe esta tendencia y tenga +1 como su estado de oxidación más estable.

El compuesto de nihonio más simple posible es el monohidruro, NhH. El enlace lo proporciona el electrón 7p _1/2 del nihonio y el electrón 1s del hidrógeno. La interacción SO hace que la energía de enlace del monohidruro de nihonio se reduzca en aproximadamente 1 eV y la longitud del enlace nihonio-hidrógeno disminuya a medida que el orbital de enlace 7p _{1/2 se contrae relativistamente.} Esto es único entre los monohidruros del elemento 7p; todos los demás tienen una expansión relativista de la longitud del enlace en lugar de una contracción. Otro efecto de la interacción SO es que se espera que el enlace Nh-H tenga un carácter de enlace pi significativo (superposición orbital lateral), a diferencia del enlace sigma casi puro (superposición orbital frontal) en el monohidruro de talio (TlH).El monofluoruro análogo (NhF) también debería existir. Se predice que el nihonio (I) es más similar a la plata (I) que al talio (I): se espera que el ion Nh se una más voluntariamente a los aniones, de modo que el NhCl debería ser bastante soluble en exceso de ácido clorhídrico o amoníaco; TlCl no lo es. A diferencia de Tl, que forma el hidróxido fuertemente básico (TlOH) en solución, el catión Nh debería hidrolizarse hasta el óxido anfótero Nh ₂ O, que sería soluble en amoníaco acuoso y débilmente soluble en agua.

Se espera que el comportamiento de adsorción del nihonio en superficies de oro en experimentos termocromatográficos sea más cercano al del astato que al del talio. La desestabilización de la subcapa 7p _3/2 conduce efectivamente a un cierre de la capa de valencia en la configuración 7s 7p en lugar de la configuración esperada 7s 7p con su octeto estable. Como tal, se puede considerar que el nihonio, como el astato, tiene un electrón p por debajo de una capa de valencia cerrada. Por lo tanto, aunque el nihonio está en el grupo 13, tiene varias propiedades similares a los elementos del grupo 17. (Tennessine en el grupo 17 tiene algunas propiedades similares al grupo 13, ya que tiene tres electrones de valencia fuera de la capa cerrada 7s 7p.) Se espera que el nihonio pueda ganar un electrón para alcanzar esta configuración de capa cerrada, formando el estado de oxidación -1 como los halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo y astato). Este estado debería ser más estable que para el talio, ya que la división SO de la subcapa 7p es mayor que la de la subcapa 6p. El nihonio debería ser el más electronegativo de los elementos metálicos del grupo 13, incluso más electronegativo que la tennessina, el congénere del período 7 de los halógenos: en el compuesto NhTs, se espera que la carga negativa esté en el átomo de nihonio en lugar del átomo de tennessina. La oxidación −1 debería ser más estable para nihonio que para tennessine.Se calcula que la afinidad electrónica del nihonio es de alrededor de 0,68 eV, más alta que la del talio en 0,4 eV; se espera que el tennessine sea de 1,8 eV, el más bajo de su grupo. Se predice teóricamente que el nihonio debería tener una entalpía de sublimación de alrededor de 150 kJ/mol y una entalpía de adsorción en una superficie de oro de alrededor de -159 kJ/mol.

Se espera una participación significativa de 6d en el enlace Nh-Au, aunque se espera que sea más inestable que el enlace Tl-Au y se deba enteramente a las interacciones magnéticas. Esto plantea la posibilidad de algún carácter de metal de transición para el nihonio. Sobre la base de la pequeña brecha de energía entre los electrones 6d y 7s, se han sugerido para el nihonio los estados de oxidación más altos +3 y +5. Algunos compuestos simples con nihonio en estado de oxidación +3 serían el trihidruro (NhH ₃), el trifluoruro (NhF ₃) y el tricloruro (NhCl ₃). Se predice que estas moléculas tendrán forma de T y no trigonal plano como lo son sus análogos de boro: esto se debe a la influencia de los electrones 6d _5/2 en el enlace.El tribromuro de nihonio (NhBr ₃) y el triyoduro (NhI ₃) más pesados ​​son planos trigonales debido a la mayor repulsión estérica entre los átomos periféricos; en consecuencia, no muestran una participación significativa de 6d en su unión, aunque la gran brecha de energía 7s-7p significa que muestran una hibridación sp reducida en comparación con sus análogos de boro.

El enlace en las moléculas NhX ₃ más ligeras puede considerarse como el de un NhX lineal₂especie (similar a HgF ₂ o AuF₂) con un enlace Nh-X adicional que involucra el orbital 7p de nihonio perpendicular a los otros dos ligandos. Se espera que todos estos compuestos sean altamente inestables frente a la pérdida de una molécula X ₂ y la reducción a nihonio (I):NhX ₃ → NhX + X ₂

El nihonio continúa así la tendencia hacia abajo del grupo 13 de estabilidad reducida del estado de oxidación +3, ya que estos cinco compuestos tienen energías de reacción más bajas que el yoduro de talio (III) desconocido. El estado +3 se estabiliza para el talio en complejos aniónicos como TlI₄, y se espera que la presencia de un posible sitio de coordinación vacante en los trihaluros de nihonio en forma de T más ligeros permita una estabilización similar de NhF₄y tal vez NhCl₄.

El estado de oxidación +5 es desconocido para todos los elementos más livianos del grupo 13: los cálculos predicen que el pentahidruro de nihonio (NhH ₅) y el pentafluoruro (NhF ₅) deberían tener una geometría molecular piramidal cuadrada, pero también que ambos serían termodinámicamente altamente inestables a la pérdida de un Molécula X ₂ y reducción a nihonio(III). A pesar de su inestabilidad, la posible existencia de pentafluoruro de nihonio se debe enteramente a los efectos relativistas que permiten que los electrones 6d participen en el enlace. Nuevamente, se espera cierta estabilización para los complejos aniónicos, como NhF₆. Las estructuras de las moléculas de trifluoruro y pentafluoruro de nihonio son las mismas que las del trifluoruro y pentafluoruro de cloro.

Química experimental

Las características químicas del nihonio aún no se han determinado sin ambigüedades. Los isótopos Nh, Nh y Nh tienen vidas medias lo suficientemente largas para la investigación química. De 2010 a 2012, se realizaron algunos experimentos químicos preliminares en el JINR para determinar la volatilidad del nihonio. Se investigó el isótopo Nh, hecho como hijo de Mc producido en la reacción Am+ Ca. Los átomos de nihonio se sintetizaron en una cámara de retroceso y luego se transportaron a lo largo de capilares de politetrafluoroetileno (PTFE) a 70 °C mediante un gas portador hasta los detectores cubiertos de oro. De diez a veinte átomos deSe produjeron Nh, pero ninguno de estos átomos fue registrado por los detectores, lo que sugiere que el nihonio era similar en volatilidad a los gases nobles (y por lo tanto se difundió demasiado rápido para ser detectado) o, más plausiblemente, que el nihonio puro no era muy volátil. y por lo tanto no podía pasar de manera eficiente a través de los capilares de PTFE. La formación del hidróxido NhOH debería facilitar el transporte, ya que se espera que el hidróxido de nihonio sea más volátil que el nihonio elemental, y esta reacción podría facilitarse agregando más vapor de agua al gas portador. Parece probable que esta formación no esté cinéticamente favorecida, por lo que los isótopos Nh y Nh de vida más larga se consideraron más deseables para futuros experimentos.

Un experimento de 2017 en el JINR, que produjo Nh y Nh a través de la reacción Am+ Ca como hijas de Mc y Mc, evitó este problema al eliminar la superficie de cuarzo usando solo PTFE. No se observaron átomos de nihonio después de la separación química, lo que implica una retención inesperadamente grande de átomos de nihonio en las superficies de PTFE. Este resultado experimental para el límite de interacción de los átomos de nihonio con una superficie de PTFE (−Δ H_anuncios(Nh) > 45 kJ/mol) discrepa significativamente con la teoría anterior, que esperaba un valor más bajo de 14,00 kJ/mol. Esto sugiere que la especie de nihonio involucrada en el experimento anterior probablemente no era nihonio elemental sino hidróxido de nihonio, y que serían necesarias técnicas de alta temperatura como la cromatografía de vacío para investigar más a fondo el comportamiento del nihonio elemental. Se ha sugerido el bromo saturado con tribromuro de boro como gas portador para experimentos sobre la química del nihonio; esto oxida el congénere más ligero del nihonio, el talio, a talio (III), lo que proporciona una vía para investigar los estados de oxidación del nihonio, de forma similar a los experimentos anteriores realizados con los bromuros de los elementos del grupo 5, incluido el dubnio superpesado.