Ununoctium

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Ununoctium
Ununoctium
Ununseptium ‚Üź Ununoctium ‚Üí Ununennium
Rn
   

118
Uuo
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
‚ÜĎ
Uuo
‚Üď
Uho
Table compl√®te ‚ÄĘ Table √©tendue
Informations générales
Nom, symbole, numéro Ununoctium, Uuo, 118
S√©rie chimique Ind√©finie ; par d√©faut gaz rare[1]
Groupe, période, bloc 18, 7, d
Masse volumique 13 650 kg¬∑m-3 [2]
No CAS 54144-19-3 [3]
Propriétés atomiques
Masse atomique 294 u
Rayon atomique (calc) 152 pm [2]
Rayon de covalence 230 pm [4]
Configuration √©lectronique Th√©oriquement [Rn] 5f14 6d10 7s2 7p6 ;
 
sans doute altérée (effets relativistes)
√Člectrons par niveau d‚Äô√©nergie Peut-√™tre 2, 8, 18, 32, 32, 18, 8
Propriétés physiques
√Čtat ordinaire Condens√©[5]
Point d‚Äô√©bullition 320 K √† 380 K [5]
√Čnergie de fusion 23,5 kJ¬∑mol-1 [6]
√Čnergie de vaporisation 19,4 kJ¬∑mol-1 [6]
√Čnergies d‚Äôionisation
1re : 820 √† 1 130 2e : 1 450
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD
MeV
294Uuo {syn.} ~0,89 ms őĪ 11,65 ¬Ī 0,06 290Uuh
Précautions
√Čl√©ment radioactif
√Čl√©ment radioactif
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L'ununoctium (nom provisoire attribu√© par l'UICPA) est l'√©l√©ment chimique de num√©ro atomique 118 (symbole provisoire Uuo). Il est parfois appel√© eka-radon (¬ę en dessous du radon ¬Ľ dans le tableau p√©riodique des √©l√©ments) en r√©f√©rence √† la d√©signation provisoire des √©l√©ments par Dmitri Mendele√Įev avant qu'ils ne soient isol√©s et nomm√©s[note 1]. Dans la litt√©rature scientifique, l'ununoctium est g√©n√©ralement appel√© √©l√©ment 118.

De tous les éléments chimiques dont la synthèse est largement acceptée, c'est celui qui a la masse atomique et le numéro atomique les plus élevés. Il est particulièrement instable et seuls trois atomes de 294Uuo ont été synthétisés à ce jour. Toutes les propriétés physiques et chimiques publiées pour cet élément sont par conséquent théoriques et découlent de modèles de calcul.

Formellement class√© dans la s√©rie des gaz nobles, il serait en r√©alit√© assez r√©actif, et les propri√©t√©s de quelques compos√©s (t√©trafluorure d'ununoctium UuoF4 et difluorure d'ununoctium UuoF2 par exemple) ont √©t√© calcul√©es. Si on pouvait l'√©tudier d'un point de vue chimique, il se comporterait peut-√™tre comme un m√©tallo√Įde semiconducteur en raison d'une configuration √©lectronique modifi√©e par couplage spin-orbite et des corrections dues √† l'√©lectrodynamique quantique[7]. De surcro√ģt, en vertu de sa polarisabilit√© sup√©rieure √† celle de tous les √©l√©ments chimiques de num√©ro atomique inf√©rieur, les calculs lui pr√©disent une temp√©rature d'√©bullition comprise entre 50 et 110 ¬įC[5], de sorte qu'il serait sans doute liquide et m√™me vraisemblablement solide, avec une masse volumique de l'ordre de 13 650 kg/m3, aux conditions normales de temp√©rature et de pression.

Sommaire

Synthèse de l'élément 118

Fausse annonce (1999)

Motiv√©e par la qu√™te de l'√ģlot de stabilit√©, la recherche des √©l√©ments superlourds a √©t√© relanc√©e √† la fin des ann√©es 1990 par la synth√®se de l'√©l√©ment de num√©ro atomique 114 (ununquadium) en 1998 √† l'Institut unifi√© de recherches nucl√©aires (JINR) de Doubna, en Russie. Le physicien polonais Robert Smolanczuk avait en effet publi√© des calculs sur la fusion de noyaux atomiques pour synth√©tiser des noyaux superlourds, y compris le noyau de num√©ro atomique 118[8] ; pour cet √©l√©ment, il sugg√©rait de fusionner un noyau de plomb avec un noyau de krypton. La synth√®se d'un noyau de 293Uuo a √©t√© annonc√©e en 1999[9],[10] selon la r√©action de fusion nucl√©aire :

\mathrm{{}^{}{}^{86}_{36}Kr+{}^2{}^{08}_{82}Pb}\rightarrow\mathrm{{}^{}{}^{293}_{118}Uuo+{}^{1}_{0}n}

Ces r√©sultats ont n√©anmoins √©t√© invalid√©s l'ann√©e suivante[11], car aucune √©quipe ne parvint √† reproduire l'exp√©rience ; en juin 2002, il fut r√©v√©l√© que l'annonce avait √©t√© faite √† partir de r√©sultats falsifi√©s par Viktor Ninov, le principal auteur[12].

Premières observations attestées (publiées en 2006)

La v√©ritable d√©couverte de l'ununoctium a √©t√© annonc√©e en 2006 par une √©quipe am√©ricano-russe du Laboratoire national de Lawrence Livermore (LLNL, √Čtats-Unis) et du JINR (Russie) : l'observation indirecte au JINR de noyaux 294Uuo produits par collision d'ions calcium 48 sur atomes de californium 249[13],[14],[15],[16],[17], √† raison d'un noyau 294Uuo en 2002[18] et de deux autres en 2005 :

\mathrm{{}^{48}_{20}Ca+{}^2{}^{49}_{98}Cf}\to{}^{297}_{118}\mathrm{Uuo}{}^{*}\to\mathrm{{}^{294}_{118}Uuo+3\;{}^{1}_{0}n}

Mode opératoire

Cha√ģne de d√©sint√©gration du noyau 294118[19]. L'√©nergie de d√©sint√©gration et la p√©riode radioactive sont indiqu√©es en rouge, tandis que la fraction d'atomes subissant une fission spontan√©e est indiqu√©e en vert.

Cette r√©action de fusion nucl√©aire ayant une faible probabilit√© (avec une section efficace d'√† peine 0,5 picobarn, soit 5√ó10‚ąí41 m2), il a fallu attendre quatre mois pour observer la premi√®re signature de d√©sint√©gration d'un noyau d'√©l√©ment 118 apr√®s avoir envoy√© quelque 4√ó1019 ions calcium 48 sur la cible de californium[3]. Cette observation a n√©anmoins √©t√© valid√©e dans la mesure o√Ļ la probabilit√© d'une fausse d√©tection avait √©t√© estim√©e √† moins d'une pour cent mille[20]. Ce sont en tout trois noyaux de 294118 (c'est-√†-dire des noyaux comportant 294 nucl√©ons, dont 118 protons) dont la d√©sint√©gration a √©t√© observ√©e, permettant d'estimer la p√©riode radioactive de cet isotope √† 0,89+1,07‚ąí0,31ms et son √©nergie de d√©sint√©gration √† 11,65 ¬Ī 0,06 MeV[19].

La d√©tection des noyaux 294118 repose sur l'observation de leur d√©sint√©gration őĪ en 290116, lequel est d√©tect√© par l'observation de sa cha√ģne de d√©sint√©grations őĪ successivement en 286114 (avec une p√©riode de 10 ms et une √©nergie de 10,80 MeV) puis en 282112 (avec une p√©riode de 0,16 s et une √©nergie de 10,16 MeV) : si l'on observe la d√©sint√©gration de noyaux 290116 dans le californium bombard√© par des ions calcium, c'est que l'√©l√©ment 116 s'y est form√© par d√©sint√©gration de noyaux 294118.

Dans la foulée de ces résultats, les travaux ont commencé pour observer l'élément 120 en bombardant du plutonium 244 avec des ions de fer 58[21]. Les isotopes de cet élément devraient avoir des périodes de l'ordre de quelques microsecondes[22].

Dénomination

L'ununoctium √©tait encore appel√© eka-√©manation dans les ann√©es 1960[23] (symbole eka-Em dans la litt√©rature scientifique d'alors ; ¬ę √©manation ¬Ľ √©tait le nom sous lequel √©tait d√©sign√© le radon √† cette √©poque), puis l'UICPA a recommand√© en 1979 la d√©nomination syst√©matique ¬ę un-un-oct-ium ¬Ľ fond√©e sur les trois chiffres du num√©ro atomique[24]. Il s'agit d'une d√©nomination temporaire avec un symbole √† trois lettres qui s'applique √† tous les √©l√©ments chimiques dont l'observation n'a pas encore √©t√© valid√©e par l'UICPA, le nom d√©finitif avec son symbole √† deux lettres √©tant alors choisi par l'√©quipe √† l'origine de la premi√®re caract√©risation de l'√©l√©ment.

Dans le cas de l'ununoctium, le nom provisoire demeure en usage bien que l'observation de cet √©l√©ment soit largement accept√©e depuis plusieurs ann√©es car l'UICPA n'a pas encore valid√© sa caract√©risation ; de surcro√ģt, les deux √©quipes (russe et am√©ricaine) √† l'origine de cette observation ne sont pas parvenues √† un consensus sur le nom √† donner √† l'√©l√©ment 118.

√Ä l'issue de l'annonce pr√©matur√©e de 1999, l'√©quipe du LLNL a voulu l'appeler Ghiorsium (Gh), d'apr√®s Albert Ghiorso, un directeur de l'√©quipe[25], mais cette d√©nomination n'a pas √©t√© retenue par la suite. Lors de l'annonce par les Russes, en 2006, de la synth√®se de cet √©l√©ment au Flerov Laboratory of Nuclear Reactions (FLNR) du JINR, la premi√®re suggestion aurait √©t√© de l'appeler Dubnadium (Dn), mais ce terme √©tait trop proche du Dubnium (Db), dont ils √©taient √©galement √† l'origine[26]. Cependant, lors d'un entretien avec une revue russe, le directeur du laboratoire a d√©clar√© que son √©quipe envisageait deux noms : Flyorium en hommage au fondateur du laboratoire, Georgy Flyorov, et Moscovium, puisque Doubna se trouve dans l'oblast de Moscou[27]. Il a expliqu√© par la m√™me occasion que le droit de choisir le nom de cet √©l√©ment devait revenir √† l'√©quipe russe, m√™me si c'√©tait l'√©quipe am√©ricaine du LLNL qui avait notamment fourni la cible de californium, car le FLNR est la seule infrastructure au monde √† pouvoir r√©aliser cette exp√©rience[28],[29].

L'√©quipe am√©ricaine ne partageant pas le point de vue russe, l'√©l√©ment 118 demeure officiellement d√©sign√© par son nom provisoire, ununoctium ; il arrive n√©anmoins qu'on le rencontre sous le nom de moscovium (du cyrillique –ľ–ĺ—Ā–ļ–ĺ–≤–ł–Ļ, transcrit moskovium, voire moskowium), avec le symbole Mk, dans la litt√©rature d'origine russe, souvent bien document√©e sur cet √©l√©ment. D'un point de vue g√©n√©ral, la litt√©rature scientifique pr√©f√®re utiliser les num√©ros atomiques plut√īt que les d√©nominations syst√©matiques, de sorte que l'ununoctium est la plupart du temps d√©sign√© comme ¬ę √©l√©ment 118 ¬Ľ, et l'isotope ununoctium 294 est g√©n√©ralement repr√©sent√© par le symbole ¬ę 294118 ¬Ľ.

Isotopes et √ģlot de stabilit√©

Article d√©taill√© : √élot de stabilit√©.
Avec 118 protons et 176 neutrons, l'ununoctium 294 se place juste ¬ę au-dessus ¬Ľ (en termes de num√©ro atomique) de certaines localisations de l'√ģlot de stabilit√© th√©orique.

Aucun élément chimique de numéro atomique supérieur à 82 (plomb) ne possède d'isotope stable[30], et tous les éléments de numéro atomique supérieur à 101 (mendélévium) ont une période radioactive inférieure à la journée.

Certaines th√©ories d√©crivant la structure nucl√©aire selon un mod√®le en couches ‚ÄĒ les th√©ories dites microscopic-macroscopic (MM) et de champ moyen relativiste (RMF) ‚ÄĒ pr√©disent l'existence d'un √ģlot de stabilit√© autour de nucl√©ides constitu√©s d'un ¬ę nombre magique ¬Ľ de neutrons et d'un nombre magique de protons : 184 neutrons dans tous les cas, mais 114, 120, 122 ou 126 protons selon les th√©ories et les param√®tres retenus dans les mod√®les. L'ununoctium, avec ses 118 protons et 176 neutrons pour son isotope connu, serait donc dans le voisinage de cet ¬ę √ģlot de stabilit√© ¬Ľ ; sa p√©riode radioactive de 0.89+1.07‚ąí0.31ms est un peu plus √©lev√©e qu'attendu[31],[32], ce qui irait dans le sens de cette th√©orie[33].

Des calculs laissent penser que d'autres isotopes de l'ununoctium pourraient avoir une période radioactive de l'ordre de la milliseconde[34] et, pour certains, supérieure à celle du noyau 294Uuo synthétisé, notamment les isotopes 293, 295, 296, 297, 298, 300 et 302[31]. Certains isotopes plus lourds, avec davantage de neutrons, pourraient également avoir des périodes radioactives plus longues, par exemple autour de 313Uuo[35].

Propriétés atomiques et physiques

Article d√©taill√© : Gaz noble.

Appartenant √† la colonne des gaz nobles, l'ununoctium devrait √™tre un √©l√©ment chimique √† valence z√©ro : en raison de leur structure √©lectronique, ces √©l√©ments sont chimiquement relativement inertes car, ayant une couche de valence aux sous-couches s et p compl√®tes, ils n'ont pas d'√©lectron de valence pour former une liaison chimique, en vertu de la r√®gle de l'octet. On pourrait donc s'attendre √† ce que l'√©l√©ment 118 ressemble au radon[36]. Selon toute vraisemblance, la configuration √©lectronique de l'ununoctium devrait √™tre 7s2, 7p6[5]. Il serait cependant sensiblement plus r√©actif qu'on ne le pensait au premier abord. √Čtant situ√© en dessous du radon dans le tableau p√©riodique des √©l√©ments, il serait de toute fa√ßon plus r√©actif que ce dernier. Mais des ph√©nom√®nes quantiques, tel qu'un couplage spin-orbite sensible au sein des couches 7s et 7p, conduiraient √† diviser ces sous-couches en fonction du spin des √©lectrons et √† r√©organiser diff√©remment les niveaux d'√©nergie avec la couche de valence, d'o√Ļ saturation apparente de cette derni√®re pour l'√©l√©ment 114 (ununquadium) plut√īt que pour l'√©l√©ment 118, dont la couche de valence serait ainsi moins stable que celle de l'√©l√©ment 116 (ununhexium), lui-m√™me ayant une couche de valence moins stable que celle de l'√©l√©ment 114[5].

Il a par ailleurs √©t√© calcul√© que l'ununoctium aurait une affinit√© √©lectronique positive, √† la diff√©rence de tous les autres gaz rares[37],[38], mais des corrections issues de l'√©lectrodynamique quantique sont venues att√©nuer cette affinit√© (notamment en r√©duisant de 9 % l'√©nergie de liaison de l'anion Uuo‚Äď), rappelant l'importance de ces corrections dans les atomes superlourds.

L'ununoctium aurait une polarisabilit√© plus √©lev√©e de celle de tous les √©l√©ments de num√©ro atomique inf√©rieur, et presque double de celle du radon,[5] d'o√Ļ un potentiel d'ionisation anormalement bas, similaire √† celui du plomb, qui est 70 % celui du radon[39], et sensiblement plus faible que celle de l'√©l√©ment 114[40]. Cela conduirait √©galement √† une temp√©rature d'√©bullition de 320 √† 380 K[5], tr√®s sup√©rieure aux valeurs publi√©es jusqu'√† pr√©sent, de l'ordre de 263 K[4] et 247 K[41]. M√™me avec la marge d'incertitude sur cette temp√©rature d'√©bullition, il semble peu probable que l'√©l√©ment 118, s'il existait en quantit√© massive, soit √† l'√©tat gazeux aux conditions normales de temp√©rature et de pression. Dans la mesure o√Ļ la plage de temp√©ratures dans lesquelles les autres gaz rares existent √† l'√©tat liquide est tr√®s √©troite (entre 2 et 9 K), l'ununoctium serait sans doute m√™me solide[42].

Propriétés chimiques

Article d√©taill√© : Chimie des gaz nobles.

Aucun compos√© d'ununoctium n'a encore √©t√© synth√©tis√©, mais des mod√©lisations de tels compos√©s ont √©t√© calcul√©es d√®s le milieu des ann√©es 1960[43]. Si cet √©l√©ment pr√©sente une structure √©lectronique de gaz rare, il devrait √™tre difficile √† oxyder en raison d'une √©nergie d'ionisation √©lev√©e[44], mais cette hypoth√®se para√ģt discutable. Les effets de couplage spin-orbite sur ses √©lectrons p√©riph√©riques auraient pour effet de stabiliser les √©tats d'oxydation +2 et +4 avec le fluor, conduisant respectivement au difluorure d'ununoctium UuoF2 et au t√©trafluorure d'ununoctium UuoF4, avec pour ce dernier une g√©om√©trie t√©tra√©drique et non pas t√©tragonale plane comme, par exemple, le t√©trafluorure de x√©non XeF4 : cette g√©om√©trie diff√©rente vient de ce que les liaisons en jeux seraient de nature diff√©rente, liaison ionique dans le cas de l'ununoctium, liaison √† trois centres et quatre √©lectrons dans le cas du x√©non.

Tetrahedral-3D-balls.png           Square-planar-3D-balls.png
Conformation de la molécule de
tétrafluorure d'ununoctium UuoF4
          Conformation de la mol√©cule de
tétrafluorure de xénon XeF4

Le caractère ionique des liaisons ununoctium-fluor rendrait ces composés peu volatils[45],[46].

Enfin, l'ununoctium serait suffisamment électropositif pour former des liaisons avec le chlore et donner des composés chlorés[45].

Notes et références

Notes
  1. ‚ÜĎ Le radon √©tait appel√© √©manation (symbole Em) jusqu'au milieu des ann√©es 1960, de sorte qu'en fait l'√©l√©ment 118 √©tait alors appel√© eka-√©manation (symbole eka-Em).
Références
  1. ‚ÜĎ L'√©l√©ment 118 n'√©tant pas reconnu par l'UICPA, il n'est pas encore class√© dans une s√©rie chimique. On le consid√®re plus ou moins par d√©faut comme un gaz rare en tant qu'√©l√©ment du groupe 18, par extrapolation de la p√©riodicit√© des s√©ries du tableau p√©riodique, mais la tendance actuelle est de le consid√©rer comme chimiquement ¬ę non class√© ¬Ľ. Sa configuration √©lectronique r√©elle est en effet inconnue, et les simulations num√©riques lui sugg√®rent une structure alt√©r√©e par divers effets relativistes et de couplage spin-orbite, √† l'origine de propri√©t√©s chimiques particuli√®res √©chappant √† la p√©riodicit√© de la classification des √©l√©ments.
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1 H He
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
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
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
  ‚Üď  
  g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18  
  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


M√©tallo√Įdes Non-m√©taux Halog√®nes Gaz rares
M√©taux alcalins  M√©taux alcalino-terreux  M√©taux de transition M√©taux pauvres
Lanthanides Actinides Superactinides √Čl√©ments non class√©s
Bon article
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