Els empèdocles moderns – Kosuke Morita (2004) i l’element 113 (Nh) – nihoni (ununtri, Uut)

Tal com havíem promès, refarem aquestes setmanes els articles corresponents als elements químics que va reconèixer la IUPAC a començament d’any. I ho fem, perquè la IUPAC ha comunicat quines són les propostes de nom i símbol formulades pels autors. Cert és que no són noms i símbols oficials, cara ara s’obre un període de cinc mesos de revisió pública. En qualsevol cas, si hi hagués canvis, ja faríem un tercer article. Dels quatre elements, el 113 era el que havia estat descobert en el Centre Nishina de Ciència Basada en Acceleradors del RIKEN japonès. “Japó” prové d’una pronúncia xinesa del mot 日本. La pronúncia catalana més fidel seria “Nipó”, encara que també tindria cabuda “Nihó” (amb h aspirada). El caràcter 日, pronunciat “ni”, vol dir “dia” o “sol”. El caràcter 本, pronunciat “ho”, vol dir “fonament” o “origen”, de manera que literalment 日本 voldria dir “sol naixent” o “origen del dia”. Cal pensar que som davant d’un exònim, però avui completament acceptat, car els habitants del país es diuen a ells mateixos 日本人 i anomenen la llengua llur com a 日本語. Però encara roman la memòria d’un nom més antic, 倭, pronunciat “wa”, que trobem en textos xinesos, però també coreans, per bé que en textos japonesos s’identifica amb 和, amb el sentit d’harmonia, pau o equilibri. El Japó, actualment, com a estat (日本国), inclou un conjunt d’arxipèlags amb una superfície total de 377.972 km2 en el qual viuen uns 127 milions de persones. La immensa majoria de la població és ètnicament japonesa, i encara més elevat és el nombre de parlants de japonès. En les illes Ryukyu, són reconegudes una sèrie de llengües de la mateixa família japònica. Al nord, a Hokkaido, hi viuen els ainus, considerats els habitants autòctons anteriors a la migració proto-japònica, que parlen una llengua de filiació incerta. Fet i fet, tants les llengües japòniques com les llengües ainu no tenen un parentiu inequívoc ni entre elles ni amb cap altre grup lingüístic. El Japó actual és marcat per sensacions de decadència daurada. L’economia es troba estagnada des de fa més de vint anys, la qual cosa no ha impedit la continuïtat d’un desenvolupament tecnològic espectacular.

Mapa dels dialectes de les llengües japòniques

Kosuke Morita i la descoberta del nihoni

Kosuke Morita

Kosuke Morita va nàixer a Kitakyushu (prefectura de Fukukoa, illa de Kyushu, Japó) el 1957. Va estudiar a la Facultat de Ciències de la Universitat de Kyushu, a Fukukoa, on es graduà en el 1979.

En el 1984, Morita s’integrà com a investigador en el Laboratori de Ciclotró del Centre Nishina de Ciència Basada en Acceleradors del Rikagaku Kenkyusho (RIKEN), en Wako, en la regió de Tòkio (illa de Honshu). Mantingué, però, el contacte amb la Universitat de Kyushu, on defensà reeixidament la tesi doctoral en el 1993.

En el 2003, Morita encapçalava els esforços del RIKEN en aconseguir la síntesi de l’element 113, un dels elements pendents del període 7. L’element 113 (ununtri, Uut) es correspondria a l’eka-tal•li, i seria el més lleuger dels elements 7p. Dels elements 7p, hi havia comunicacions sobre la síntesi i detecció dels elements 114, 116 i 118. Els elements de nombre atòmic senar resultaven de síntesi més difícil, sobretot pel que feia a la confirmació de la detecció a través dels successius isòtops fills.

L’esforç del RIKEN era de David contra Goliat. El Goliat era la col•laboració establerta entre l’Institut Conjunt de Recerca Nuclear de Dubna i el Laboratori Nacional Lawrence de Livermore. Yuri Oganessian, que liderava aquesta col•laboració, havia comunicat la síntesi dels elements 114, 116 i 118, entre els anys 1999 i 2002. I ara l’esforç de Dubna-Livermore s’adreçava als elements 113, 115 i 117. A més, calia tindre present també el GSI de Darmstadt, que havia fet un primer intent de síntesi de l’ununtri en el 1998.

Entre el 14 de juliol i el 10 d’agost del 2003, Oganessian et al. assajaven al ciclotró U400 de Dubna la reacció 243Am(48Ca,xn)291-xUup. D’aquesta reacció esperaven sintetitzar 288Uup i 287Uup que, per alfa-desintegració, donarien respectivament 284Uut i 283Uut. La cadena d’alfa-desintegracions la rastrejarien fins al 268Db. El problema d’aquest intent és que el successius núclids de la cadena no eren coneguts, la qual cosa dificultaria confirmacions. Oganessian et al. (2004) reportaren tres deteccions, atribuïbles a 288115 o 287115, seguida a través de cinc alfa-desintegracions consecutives. Era aquest report, alhora, la primera comunicació sobre la detecció de l’element 113.

El Separador d’Ions Per Retrocés en Medi Gasós (GARIS), del RIKEN

El 23 de juliol del 2004, el RIKEN feia el primer intent de síntesi directa de l’element 113, a través del bombardament d’una diana de bismut-209 amb ions de zinc-70. Els productes del bombardament serien separats pel GARIS, i calia esperar que hom pogués detectar la presència de 278113 i dels productes successius d’alfa-desintegracions. En aquesta recerca intervingueren, pel RIKEN, Kosuke Morita, Kouji Morimoto, Daiya Kaji, Takahiro Akiyama, Hiromitsu Haba, Rituparna Kanungo, Kenji Katori, Tetsuya Ohnishi, Toshimi Suda, Akira Yoneda i Atsushi Yoshida; per la Universitat Saitama, Takayuki Yamaguchi; pel Centre d’Anàlisi Instrumental de la Universitat Niigata, Sin-ichi Goto; pel Centre d’Estudi Nuclear de la Universitat de Tòkio a Wako, Eiji Ideguchi; per l’Institut de Recerca d’Energia Atòmica del Japó a Tokai, Hiroyuki Koura; pel Departament de Química de la Universitat de Niigata, Hisaaki Kudo; per la Universitat de Tsukuba, Akira Ozawa i Keisuke Sueki; per l’Institut de Física Moderna de Lanzhou (Xina), HuShan Xu; i per l’Institut de Física d’Alta Energia de Beijing (Xina), YuLiang Zhao.

Morita et al. (2004) comunicaren, arran d’aquest experiment, la detecció d’un àtom de 278113. De la cadena d’alfa-desintegracions (274111, 270Mt, etc.), les dades de 266Bh obtingudes per Morita et al. coincidien amb les publicades pel grup de P. A. Wilk en el 2000. En canvi, entre Morita i Wilk hi havia una discrepància sobre l’isòtop 262Db: mentre els japonesos observaven que aquest isòtop dequeia per fissió espontània, el grup de Wilk n’havia observat l’alfa-desintegració.

El 2 d’abril del 2005, en un nou experiment, Morita et al. detectaven un altre àtom de 278113. Les dades de la cadena de desintegració eren lleugerament diferents a la de l’àtom detectat en el 2004.

Mentrestant, Oganessian et al. treballaven sobre els seus resultats del 2003 quant a la síntesi de l’element 115. El juny del 2004 i el desembre del 2005 repetiren els seus experiments, i els confirmaren quant a les propietats físiques i químiques, del producte final de les alfa-desintegracions (268Db). D’aquesta manera, Oganessian et al. (2005) reiteraven la prioritat quant a la síntesi i detecció dels elements 113 i 115.

En el 2006, Morita esdevenia adjunt a la direcció científica del Laboratori d’Elements Superpesants del Centre Nishina del RIKEN. Gràcies a ell i als seus col•laboradors, el Japó s’ha sumat a una cursa fins llavors repartida entre Berkeley, Dubna i Darmstadt.

En el 2010, hom començà a fer treballs sobre la química experimental de l’ununtri. Com a subjecte experimental s’utilitzaren àtoms de 284Uut, resultants de la síntesi de 288Uup (obtinguts al seu torn pel bombardament d’americi-243 amb ions de calci-48). Els àtoms de 284Uut eren conduïts per capil•lars de tefló de 343 K cap a detectors amb superfície d’or. En experiments fets entre el 2010 i 2012, arribaren a sintetitzar-se 10-20 àtoms de 284Uut, però cap no arribà a la superfície d’or, de manera que hom no va poder fer estimacions de l’entalpia d’adsorció i d’altres propietats físico-químiques.

Barber et al. (2011), en report tècnic de la IUPAC, revisaven les reclamacions de prioritat quant a la síntesi i detecció dels elements 113-116 i 118. El report era favorable a reconèixer les descobertes dels elements 114 i 116, però no pas a les dels altres elements. Pel que fa a l’element 113, Barber et al. no consideraven suficients ni les dades aconseguides a Dubna ni les de Wako.

L’estiu del 2012, el RIKEN emprengué una nova ronda experimental de síntesi de l’ununtri. El 12 d’agost, s’aconseguí la detecció d’un altre àtom de 278113, a través d’una cadena de sis alfa-desintegracions. Morita et al. (2012) la compararen amb els resultats previs. En aquesta ocasió, el mode de desintegració observat de 262Db era d’alfa-desintegració i no de fissió espontània. La coincidència amb les dades d’altres experiments (particularment, pel que fa als isòtops 262Db, 258Lr i 254Md) reforçaven notablement aquesta detecció.

El 30 de desembre del 2015, la IUPAC reconeixia en un comunicat la descoberta dels elements 113, 115, 117 i 118. Quant a l’element 113, reconeixia la prioritat “a l’equip del RIKEN en el Japó”, i els convidava a proposar un nom i símbol permanents per a l’element 113.

Des de l’any 2003 la premsa havia especulat amb diverses possibilitats:
– japonium (japoni; símbols Jp o Jn), en homenatge al Japó. Masataka Ogawa, en el 1908, ja va proposar homenatjar el Japó designant l’element 43 com a niponi (Np), però la seva descoberta no fou reconeguda, ni tampoc acceptada per designar l’element 75.
– rikenium (riqueni), en homenatge al RIKEN. El 理研 és l’abreviatura de 理化学研究所 (Rikagaku Kenkyusho). Aquest organisme fou creat el març del 1917, inicialment en forma d’una fundació privada de recerca, co-finançada per la indústria, el govern i la casa imperial. Després de la guerra, esdevingué una empresa privada, amb el nom de KAKEN i, en el 1958, fou recuperat, ja com a organisme públic. Establí la seu principal a Wako en el 1963. És a Wako on es troba el Centre Nishina de Ciència Basada en Acceleradors.
– nishinanium (nishinani), en homenatge a Yoshio Nishina (1890-1951). Nishina és considerat el pare de la recerca física moderna al Japó i féu importants contribucions a la física quàntica. De fet, el Centre Nishina, on se sintetitzà per primera vegada l’ununtri, es diu així en honor seu.
– wakonium (wakoni), en honor a Wako, on hi ha les instal•lacions del Centre Nishina del RIKEN.

El juny del 2016 la IUPAC va fer pública la proposta realitzada per Morita i els seus col•laboradors del RIKEN: el nom de “nihonium” i el símbol “Nh”. Hom s’estimava més homenatjar “Nihon”, una de les dues formes de pronunciar el mot 日本, i d’aquesta manera connectar l’element “amb la nació on fou descoberta”. Els autors continuaven la justificació:

L’element 113 és el primer element que ha estat descobert en un país asiàtic. En fer aquesta proposta, retem homenatge també al treball fet per Masataka Ogawa en el 1908 al voltant de la descoberta de l’element 43. També esperem que l’orgull i la fe en la ciència superin la confiança perduda dels qui patiren arran del desastre nuclear de Fukushima del 2011”.

L’adaptació al català hauria de ser “nihoni”, amb h muda, encara que és comprensible l’adaptació ortogràfica “nioni”. La forma “niponi” no seria justificada.

Ara aquesta proposta serà sotmesa a un període de revisió pública de cinc mesos. Fins la decisió final de l’octubre del 2016, l’element 113 romandrà amb el nom provisional d’ununtri i el símbol Uut.

El nihoni: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del nihoni és de 286 uma, corresponent a la de l’isòtop conegut de semivida més llarga (286Nh, 20 segons). El llistat complet d’isòtops coneguts fa:
– nihoni-278 (278Nh, 278,17058 uma). Nucli format per 113 protons i 165 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 3,4•10-4 s. Decau a roentgeni-274, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Fou sintetitzat per primera vegada en el 2004, amb el bombardament de bismut-209 amb zinc-70.
– nihoni-282 (282Nh, 282,17567 uma). Nucli format per 113 protons i 169 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,073 s. Decau a roentgeni-278, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Fou sintetitzat per primera vegada en el 2006 pel bombardament de neptuni-237 amb calci-48 (Oganessian et al.).
– nihoni-283 (283Nh, 283,17657 uma). Nucli format per 113 protons i 170 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,1 s. Decau a roentgeni-279, amb emissió d’un nucli d’heli-4. No ha estat sintetitzat directament, sinó detectat com a isòtop fill del moscovi-287 (Oganessian et al., 2003).
– nihoni-284 (284Nh, 284,17873 uma). Nucli format per 113 protons i 171 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,48 s. Decau a roentgeni-280, amb emissió d’un nucli d’heli-4. No ha estat sintetitzat directament, sinó detectat com a isòtop fill del moscovi-288 (Oganessian et al., 2003).
– nihoni-285 (285Nh, 285,17973 uma). Nucli format per 113 protons i 172 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,5 s. Decau a roentgeni-281, amb emissió d’un nucli d’heli-4. No ha estat sintetitzat directament, sinó detectat en la cadena de desintegració del tennes-293 (Oganessian et al., 2010).
– nihoni-286 (286Nh; 286,18221 uma). Nucli format per 113 protons i 173 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 19,6 s. Decau a roentgeni-282, amb emissió d’un nucli d’heli-4. No ha estat sintetitzat directament, sinó detectat en la cadena de desintegració del tennes-294 (Oganessian et al., 2010).

Segons el concepte d’illa d’estabilitat, alguns isòtops rics en neutrons dels elements 110-114 disposarien d’una semivida relativament llarga, relacionada amb nuclis superpesants esfèrics. Pel que a fa al nihoni, en aquesta illa podria haver-hi 293Nh i algun altre. Ara com ara, la síntesi directa d’aquests isòtops és fora de l’abast tècnic. Una manera d’aconseguir-los seria amb la síntesi d’elements del vuitè període, que decaurien per alfa-desintegració cap a productes d’aquesta illa d’estabilitat, però també això és tècnicament complex.

Dels isòtops encara no detectats, podem esmentar:
– nihoni-287, que tindria una semivida de 20 minuts, i que decauria bé per alfa-desintegració o per fissió espontània.
– nihoni-293. Seria l’isòtop més estable quant a beta-desintegració.

L’àtom neutre de nihoni conté 113 electrons, amb una configuració basal d’escorça teòrica de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d105f146s26p66d107s27p1. El nihoni és un transactínid, concretament l’eka-tal•li, és a dir l’element per al període 7 del grup 13 (el grup del bor), situat dins del bloc p i, teòricament, ha de ser comptat entre els metalls post-transició. Com a element radioactiu purament artificial, el coneixement empíric és força limitat. Els estats d’oxidació més habituals serien +3 i +1, encara que també el trobaríem amb +5, +2 i -1. El radi atòmic seria de 1,70•10-10 m.

Comparació dels nivells energètics dels orbitals exteriors del tal•li i del nihoni (ununtri). L’alta velocitat dels electrons externs del nihoni, fa que adquireixen importància efectes relativístics. Així, la energia de primera ionització del nihoni (7,306 eV) seria superior a la dels elements més lleugers del grup 13.

En condicions estàndards de pressió i temperatura, el nihoni elemental es presentaria en forma de sòlid metàl•lic, amb una densitat de 16000 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, el nihoni fondria a 700 K i bulliria a 1430 K.

Teòricament, el nihoni podria formar compostos amb nombre d’oxidació +1 (NhH, NhF, NhCl, Nh2O) i +3 (NhH3, NhF3, NhCl3).

Tots els àtoms coneguts de nihoni, unes poques desenes, s’han obtingut en experiments deliberats a Wako o a Dubna, amb semivides inferiors a 1 minut.

La nucleosíntesi del nihoni

Les primeres reaccions utilitzades per a la síntesi de nihoni foren reaccions de fusió en fred (10-20 MeV):
209Bi(70Zn,xn)279-xNh. Aquesta reacció fou assajada per primera vegada al GSI de Darmstadt en el 1998 en dues rondes, sense cap detecció. En el 2003, repetiren la reacció a Darmstadt, sense resultat. A final del 2003, començaren a practicar-la en el RIKEN de Wako. La sostingueren per un període de vuit mesos entre el desembre del 2003 i l’agost del 2004, període en el qual tan sols aconseguiren la detecció d’un àtom de 278Nh. En el 2005, la repetiren, amb detecció d’un nou àtom de 278Nh. En una nova repetició, del 2012, aconseguiren el tercer.

Les reaccions de fusió en calent (40-50 MeV) permeten la síntesi d’isòtops més pesants i de semivida una mica més llarga:
237Np(48Ca,xn)283-xNh. Aquesta reacció fou assajada per primera vegada a Dubna el juny del 2006, en el marc de la col•laboració entre el Laboratori Flerov i el Laboratori de Livermore. Aconseguiren la detecció de dos àtoms de 282Nh (Oganessian et al., 2007).

No obstant la majoria d’isòtops coneguts i la majoria d’àtoms particulars que s’han sintetitzat de nihoni, s’han obtingut com a producte de la desintegració de la síntesi d’elements pesants, és a dir del moscovi i del tennes (Oganessian et al., 2010). Així doncs, tenim:
– nihoni-283, obtingut a partir de la desintegració del moscovi-287.
– nihoni-284, obtingut a partir de la desintegració del moscovi-288.
– nihoni-285, obtingut a partir de moscovi-289 o tennes-293.
– nihoni-286, obtingut a partir del moscovi-290 i del tennes-294.

En aquest sentit, la síntesi d’ununenni posaria a l’abast l’obtenció indirecta d’isòtops de nihoni més pesants i més estables, amb els quals realitzar determinacions de paràmetres que, ara com ara, tan sols s’han pogut determinar teòricament. Els isòtops 284-286 del nihoni, de totes manera, ja tenen semivides prou llargues com per fer-hi investigacions químiques. Des del 2010 s’han fet diversos estudis amb àtoms de 284Nh obtinguts indirectament a partir de la reacció 243Am(48Ca,3n)288Mc. Malauradament, ha fallat l’acoblament de la síntesi de 284Nh amb la deposició en superfícies d’or. Robert Eichler, del Paul Scherrer Institut, proposava fer reaccionar àtoms de 286Nh amb vapor d’aigua per formar hidròxid de nihoni, cosa que n’augmentaria la volatilitat i facilitaria el transport cap a superfícies d’experimentació.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
One comment on “Els empèdocles moderns – Kosuke Morita (2004) i l’element 113 (Nh) – nihoni (ununtri, Uut)
  1. didaclopez ha dit:

    La IUPAC aprovà la proposta de nihoni i el símbol Nh el 30 de novembre del 2016 https://iupac.org/iupac-announces-the-names-of-the-elements-113-115-117-and-118/

Els comentaris estan tancats.

%d bloggers like this: