Ununquadium


Ununquadium
Ununquadium
UnuntriumUnunquadiumUnunpentium
Pb
   

114
Uuq
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Uuq
Uhq
Table complèteTable étendue
Informations générales
Nom, symbole, numéro Ununquadium, Uuq, 114
Série chimique Indéfinie, ou
métal pauvre[1]
Groupe, période, bloc 14, 7, d
No CAS 54085-16-4[2]
Propriétés atomiques
Masse atomique (289 u)
Configuration électronique Théoriquement [Rn] 5f14 6d10 7s2 7p2 ;
 
sans doute altérée (effets relativistes)
Électrons par niveau d’énergie Peut-être 2, 8, 18, 32, 32, 18, 4
Propriétés physiques
État ordinaire Présumé solide
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD
MeV
286Uuq {syn.} 0,13 s 60 % FS
40 % α

10,19

282Cn
287Uuq {syn.} 0,48 s α 10,02 283Cn
288Uuq {syn.} 0,8 s α 9,94 284Cn
289Uuq {syn.} 2,6 s α 9,82
9,48
285Cn
Précautions
Élément radioactif
Élément radioactif
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L'ununquadium est le nom provisoire attribué par l'IUPAC à l'élément chimique de numéro atomique 114 (symbole provisoire Uuq), généralement appelé élément 114 dans la littérature scientifique. C'est, avec l'élément 116, l'élément chimique dont l'identification a été validée le plus récemment par l'IUPAC, le 1er juin 2011[3].

Formellement classé dans la série des métaux pauvres, il n'aurait en fait aucunement des propriétés chimiques similaires à celles du plomb mais au contraire un comportement de gaz rare induit par une configuration électronique modifiée par des effets quantiques de couplage spin-orbite et d'électrodynamique quantique[4].

Selon la théorie MM (Microscopic-Macroscopic) décrivant le noyau atomique, son isotope 298Uuq, avec le « nombre magique » de 184 neutrons, pourrait être au centre d'un îlot de stabilité prédit par le modèle en couches de la structure nucléaire des atomes.

La validation par l'IUPAC de l'observation de l'élément 114 est la suite logique de celle de la caractérisation de l'élément 112 (copernicium, de symbole Cn), qui impliquait de facto la validation des données expérimentales relatives à l'élément 114 à travers la chaîne de désintégrations[5] :

\mathrm{^{291}_{116}Uuh\xrightarrow[18\ ms]{\alpha\ 10,74\ MeV}{}^{287}_{114}Uuq\xrightarrow[0,48\ s]{\alpha\ 10,02\ MeV}{}^{283}_{112}Cn}.

Sommaire

Synthèse

Une équipe de l'Institut unifié de recherches nucléaires (JINR) à Doubna en Russie a publié[6] en janvier 1999 avoir bombardé une cible de plutonium 244 avec des ions calcium 48, produisant un unique atome identifié comme du 289114 avec une désintégration α à 9,67 MeV en 30 s. Cette observation n'a toutefois pas pu être renouvelée, et on suppose qu'il pourrait s'agir d'un isomère métastable 289m114.

La même équipe a publié[7] en juillet 1999 avoir remplacé la cible de plutonium 244 par du plutonium 242 afin de produire d'autres isotopes et obtenu deux atomes de 287114 avec une désintégration α à 10,29 MeV en 5,5 s. Là encore, l'observation n'a pu être renouvelée, et on l'attribue à un possible isomère métastable 287m114.

La synthèse à présent confirmée des premiers noyaux d'ununquadium a été réalisée en juin 1999 lorsque la même équipe a repris l'expérience réalisée avec le plutonium 244 : deux atomes de l'élément 114 ont été à nouveau produits, avec une désintégration α à 9,82 MeV en 2,6 s[8]. Cette observation a été attribuée dans un premier temps à du 288114 en raison des observations précédentes, mais une analyse approfondie a permis de l'attribuer de façon certaine à du 289114[5].

{}^{48}_{20}\mathrm{Ca}+{}^{2}{}^{44}_{94}\mathrm{Pu}\to {}^{292}_{114}\mathrm{Uuq}^{*}\to\,{}^{289}_{114}\mathrm{Uuq}+3\;{}^1_0\mathrm{n}.

La période radioactive théorique de la désintégration α des isotopes de l'élément 114 est conforme aux observations[9],[10]. L'isotope 298Uuq aurait une période radioactive théorique de 17 jours[11],[12].

La synthèse du 283112, publiée en mai 2009[13], est venue confirmer indirectement les résultats obtenus précédemment sur le 287114 (ainsi que sur le 291116).

Le tableau ci-dessous résume l'état de l'art en matière de production d'isotopes de l'élément 114 :

Ion Cible Isotope Statut de l'expérience
76Ge 208Pb 284114 Échec[14]
54Cr 232Th 286114 Succès
50Ti 238U 288114 Réaction non tentée
48Ca 244Pu 292114 Succès
48Ca modifier] Propriétés

Des expériences assez complexes d'adsorption de 287114 sur de l'or ont été réalisées au printemps 2007 par des équipes du Flerov Laboratory for Nuclear Reactions (FLNR, au sein du JINR à Dubna, en Russie) et de l'Institut Paul Scherrer (PSI, dans le canton d'Argovie, en Suisse), qui ont suggéré un comportement en accord avec celui attendu pour un gaz rare volatil[15] ; ces résultats viennent appuyer des études théoriques indiquant que l'élément 114 pourrait avoir le comportement d'un gaz rare en raison d'effets relativistes dans son cortège électronique qui en modifieraient la configuration[4].

Îlot de stabilité : isotope 298 de l'élément 114

La théorie MM (Microscopic-Macroscopic) décrivant la structure nucléaire suggère de rechercher l'hypothétique « îlot de stabilité » autour du nucléide 298114, qui serait « doublement magique » avec 114 protons et 184 neutrons. Cela pousse à créer des isotopes d'élément 114 plus riches en neutrons que ceux synthétisés jusqu'à présent, qui demeurent très instables et se désintègrent par fission spontanée (produisant une variété de radionucléides), désintégration α, émission de positon ou capture électronique (donnant de l'élément 113). La difficulté est alors de trouver la combinaison de l'ion lourd et de la cible qui permettra de synthétiser un noyau comportant exactement 184 neutrons pour 114 protons : il faudrait par exemple utiliser des ions calcium 50 sur une cible plutonium 248 pour avoir le compte juste, ce qui n'est pas envisageable compte tenu de l'extrême difficulté à obtenir des quantités suffisantes de 50Ca et surtout de 248Pu. L'idée alternative serait alors de procéder à la quasi-fusion de noyaux massifs, en misant sur le caractère stabilisateur des couches nucléaires saturées qui tendrait à orienter les réactions nucléaires vers la production de noyaux doublement sphériques, via par exemple la réaction :

\,{}^{2}{}^{04}_{80}\mathrm{Hg}+{}^{1}{}^{36}_{54}\mathrm{Xe}\to{}^{298}_{114}\mathrm{Uuq}+{}^{40}_{20}\mathrm{Ca}+2\;{}^1_0\mathrm{n}.

dans laquelle les nucléides 298114 et 40Ca sont « doublement magiques » — du moins si 114 est bien un nombre magique de protons dans un noyau ayant 184 neutrons comme l'affirme la théorie MM.

Références

  1. L'élément 114 n'est pas encore classé dans une série chimique. On le considère plus ou moins par défaut comme un métal pauvre par extrapolation de la périodicité des séries du tableau périodique, mais la tendance actuelle est de le considérer comme chimiquement « non classé ». Sa configuration électronique réelle est en effet inconnue, et les simulations numériques lui suggèrent une structure altérée par divers effets relativistes et de couplage spin-orbite, à l'origine de propriétés chimiques particulières échappant à la périodicité de la classification des éléments.
  2. Mark Winter, « WebElements – Element 114 », The University of Sheffield & WebElements Ltd, UK, 2009. Consulté le 14/12/2009
  3. (en) IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry – 9 juin 2011 « News: Discovery of the Elements with Atomic Number 114 and 116. » DOI:10.1351/PAC-REP-10-05-01
  4. a et b (en) Gas Phase Chemistry of Superheavy Elements : Conférence de Heinz W. Gäggeler, Novembre 2007 — Page consultée le 07/07/2009.
  5. a et b (en) Oganessian et al., « Measurements of cross sections for the fusion-evaporation reactions 244Pu(48Ca,xn)292−x114 and 245Cm(48Ca,xn)293−x116 » dans Phys. Rev. C, vol. 6, n° 9, 2004, p. 054607. Lien direct consulté le 03/03/2008.
  6. (en) Oganessian et al., « Synthesis of Superheavy Nuclei in the 48Ca + 244Pu Reaction », dans Phys. Rev. Lett., vol. 83, 1999, p. 3154-3157(4). Lien direct consulté le 3 mars 2008.
  7. (en) Oganessian et al., « Synthesis of nuclei of the superheavy element 114 in reactions induced by 48Ca », dans Nature, vol. 400, 15/07/1999, p. 242-245(4). Lien direct consulté le 03/03/2008.
  8. (en) Oganessian et al., Synthesis of superheavy nuclei in the 48Ca+244Pu reaction: 288114 dans Phys. Rev. C, vol. 62, 2000, p. 041604. Lien direct consulté le 03/03/2008.
  9. (en) P. Roy Chowdhury, C. Samanta, D. N. Basu, « α decay half-lives of new superheavy elements », dans Phys. Rev. C, vol. 73, 26 janvier 2006, p. 014612 [texte intégral, lien DOI] 
  10. (en) C. Samanta, P. Roy Chowdhury, D. N. Basu, « Predictions of alpha decay half lives of heavy and superheavy elements », dans Nucl. Phys. A, vol. 789, 2007, p. 142–154 [texte intégral, lien DOI] 
  11. (en) P. Roy Chowdhury, C. Samanta, D. N. Basu, « Search for long lived heaviest nuclei beyond the valley of stability », dans Phys. Rev. C, vol. 77, 2008, p. 044603 [texte intégral, lien DOI] 
  12. (en) P. Roy Chowdhury, C. Samanta, D. N. Basu, « Nuclear half-lives for α-radioactivity of elements with 100 ≤ Z ≤ 130 », dans At. Data & Nucl. Data Tables, vol. 94, 2008, p. 781–806 [texte intégral, lien DOI] 
  13. (en) R.C.Barber; H.W.Gaeggeler;P.J.Karol;H. Nakahara; E.Verdaci; E. Vogt, « Discovery of the element with atomic number 112 », dans Pure Appl. Chem., 2009 [texte intégral, lien DOI] 
  14. Par fusion froide en 2003 au GANIL de Caen, dans le Calvados
  15. (en) Rapport 2008 du FLNR au JINR : « Chimie des éléments 112 et 114 », p. 87, consulté le 08/07/2009.

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2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
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7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
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