Els empèdocles moderns – Yuri Oganessian (2003) i l’element 115 (Mc) – moscovi (ununpenti, Uup)

Per a l’element 115, els seus descobridors han suggerit el nom de “moscovi”, no pas en homenatge a Moscou sinó en un homenatge més general a la Regió de Moscòvia, car és on es troba el Laboratori Flerov de Dubna on se’n sintetitzaren els primers àtoms coneguts. Probablement, es refereixen estrictament al Моско́вская о́бласть, és a dir a la regió administrativa que envolta la ciutat de Moscou (que en queda exclosa) i que, amb una superfície de 45900 km2, acull una població de més de 7 milions de persones, de les quals un 20% viu en comunitats rurals. De vegades, aquest territori rep el nom de Подмоско́вье, que exclou explícitament la ciutat de Moscou. Quan es parla de “Regió de Moscou”, habitualment, hom combina la ciutat i l’oblast, en la qual viuen més de 19 milions de persones (el 14% de la població de la Federació Russa). Estrictament, però, tan sols la part central i urbana d’aquesta Regió entra dins del concepte d’àrea metropolitana (агломерация) o de regió capitolina (столичный регион). El terme de Moscòvia té, però, també unes altres connotacions històriques i polítiques. Sectors del nacionalisme ucraïnès, per exemple, insisteixen en fer-lo servir per referir-se a la Gran Rússia, bo i evitant la patrimonialització del mot “Rus” que haurien fet els moscovians. El “Rus” original, al capdavall, era el de capital amb Kiiv, fundat l’any 882 i destruït definitivament pels mongols en el 1240. Moscou no esdevingué un principat fins a final del segle XIII, a partir d’una branca del Casal de Vladimir-Suzdal. El knaz de Moscou, com els altres principats russos, era vassall dels khan de l’Horda Daurada. El punt d’inflexió l’assenyala el trasllat de la seu metropolitana a Moscou, en el 1327. L’expansió de Moscou els va fer topar amb el Gran Ducat de Lituània (1368-1372). La subjecció formal a l’Horda d’Or continuà fins el 1480. El Gran Ducat de Moscou ja havia guanyat l’hegemonia sobre bona part de les terres gran-russes. En el 1547 això se sancionava quan el Gran Duc Ivan IV prenia ja el títol de Tsar de totes les Rússies.

Mapa de Rússia del “Theatrum Orbis Terrarum” de Ioannes Blaeu (1645). La regió de Moscou apareix amb el nom de Moscòvia, i en un quadre destaca el plànol de Moscou, ja convertida en el gran centre d’un immens imperi

Yuri Oganessian i la descoberta del moscovi

Юрий Цолакович Оганесян

Per a la síntesi de l’element 115, de l’ununpenti (Uup), segons la denominació provisional, hom proposà el bombardament de dianes d’americi-243 amb un corrent d’ions de calci-48. La reacció fou assajada inicialment a Dubna l’estiu del 2003 en el marc d’una col•laboració entre l’Institut Conjunt de Recerca Nuclear i el Laboratori Nacional Lawrence de Livermore. L’equip de Dubna era integrat per Yu. Ts. Oganessian, V. K. Utyonkov, Yu. V. Lobanov, F. Sh. Abdullin, A. N. Polyakov, I. V. Shirokovsky, Yu. S. Tsyganov, G. G. Gulbekian, S. L. Bogomolov, A. N. Mezentsev, S. Iliev, V. G. Subbotin, A. M. Sukhov, A. A. Voinov, G. V. Buklanov, K. Subotic, V. I. Zagrebaev i M. G. Itkis. L’equip de Livermore era format per J. B. Patin, K. J. Moody, J. F. Wild, M. A. Stoyer, N. J. Stoyer, D. A. Shaughnessy, J. M. Kenneally i R. W. Loughheed.

D’esquerra a dreta, Philip Wilk, Jackie Kenneally, Ken Moody, Dawn Shaughnessy, Mark Stoyer, Nancy Stoyer i John Wild

L’experiment arrencà el 14 de juliol del 2003 en el ciclotró U400. La reacció era acoblada a un separador en fase gasosa. La reacció fou conclosa el 10 d’agost. En una primera fase s’havien utilitzat 4,3•1018 projectils de 48Ca a 248 MeV, amb detecció de tres presumptes àtoms d’ununpenti (287115 i 288115), rastrejats a través de cinc alfa-desintegracions successives terminades en fissió espontània. Una segona fase de bombardament a 253 MeV, permeté la detecció d’un quart àtom. L’estudi oferia doncs les primeres dades empíriques per a tota una sèrie de núclids de Z senar, entre 105 i 115.

Els resultats dels experiments foren publicats en un article a Phys Rev. C, aparegut el 2 de febrer del 2004. Per als autors, l’estudi constituïa la descoberta de l’element 115 i, de retruc, també de l’element 113, ja que els isòtops fills de 287115 i 288115 són, respectivament, 283113 i 284113. No obstant, la síntesi directa de l’ununtri havia estat reportada pel RIKEN.

El producte final de la cadena de desintegracions del 288115 era el 268Db, isòtop també de nova descoberta. L’equip conjunt de Dubna-Livermore, doncs, continuà els seus experiments posant èmfasi en l’estudi de característiques físiques (fisió espontània, etc.) i químiques de 268Db. El juny del 2004, la reacció 243Am(48Ca,xn)291-x115 fou repetida (Oganessian et al., 2005), i també ho seria el desembre del 2005. En tots dos casos, hom obtingué dades de fissió espontània i de reactivitat química compatibles amb el dubni-268.

En el 2009-2010, la síntesi a Dubna de l’element 117, suposava alhora la detecció de dos isòtops d’ununpenti (289115 i 290115) (Oganessian et al., 2010).

Barber et al. (2011) revisaren en un report tècnic per a la IUPAC les diverses reclamacions sobre la descoberta dels elements 113-116 i de l’element 118. Tan sols acceptaven la descoberta dels elements 114 i 116 per part de la col•laboració Dubna-Livermore. L’element 115 no era reconegut per la insuficiència de dades aportades quant a la identificació dels senyals detectats en experiments de 2003-2007. Fins i tot les dades sobre la identificació química del dubni-268, eren discutides ja que podien encaixar no únicament amb el dubni sinó també amb el ruterfordi. El report assenyalava que calia treballar en la caracterització dels successius núclids de la presumpta cadena de l’ununpenti-288: 284Uut, 280Rg, 276Mt, 272Bh i 268Db. D’altra banda, a Dubna es proposava la síntesi d’isòtops més lleugers d’ununpenti utilitzant dianes d’americi-241 per comptes d’americi-243.

En el 2011, es realitzaren experiments de bombardament de dianes d’americi-243 i plutoni-244 amb ions de calci-48. La presència d’impureses de plom i bismut en les dianes complicaren la identificacions de productes. No obstant, Eichler (2013) considerà interessant la detecció en aquests experiments d’hidrurs de bismut i de poloni, ja que hom podria obtindre pel mateix mètode hidrurs d’ununpenti i d’altres elements superpesants.

L’agost del 2013, al GSI de Darmstadt, en el marc d’una col•laboració entre investigadors d’aquest centre i de la Universitat de Lund, es repetí la reacció 243Am(48Ca,xn)291-x115, obtenint resultats que corroboraven els aconseguits en el 2004.

En el 2015, el Laboratori de Berkeley estudià l’alfa-espectroscopia dels isòtops 280Rg i 276Mt, obtenint dades que refermaven les presentades en el 2004.

El 30 de desembre del 2015, la IUPAC confirmava les descobertes dels elements 113, 115 i 117-118. Pel que fa a l’element 115, reconeixia la prioritat a la col•laboració Dubna-Berkeley, i els encomanava doncs de proposar-hi un nom i símbol permanents.

Ara com ara, els descobridors no han fet oficial cap proposta de denominació. Oficiosament, han circulat diferents propostes, entre les quals podem citar:
– langevinium (langevini), en homenatge a Paul Langevin (1872-1946).
– moscovium (moscovi), en homenatge a la Regió de Moscou, en la perifèria de la qual trobem la ciutat de Dubna.

El 8 de juny del 2016, la IUPAC va fer pública la proposta definitiva dels descobridors: “moscovium”, amb símbol “Mc”. Per justificar-la deien el següent:

El nom de moscovi és en reconeixement de la regió de Moscou i honora l’antiga terra russa que acull l’Institut Conjunt de Recera Nuclear, on es realitzaren els experiments de descobert amb el Separador en Fase Gasosa en combinació amb els acceleradors d’ions pesants del Laboratori Flerov de Reaccions Nuclears”.

S’obre ara un període de cinc mesos de revisió pública. Previsiblement, no hi haurà objeccions, i el nom de moscovi i el símbol Mc seran aprovats formalment el 8 de novembre del 2016.

El moscovi: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del moscovi és de 289 uma, corresponent a la de l’isòtop conegut de semivida més llarga (289Mc; 0,22 s). El llistat d’isòtops coneguts és ben breu:
– moscovi-287 (287Mc; 287,19070 uma). Nucli format per 115 protons i 172 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,032 s. Decau a nihoni-283, amb emissió d’un nucli d’heli-4.
– moscovi-288 (288Mc; 288,19274 uma). Nucli format per 115 protons i 173 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,087 s. Decau a nihoni-284, amb emissió d’un nucli d’heli-4.
– moscovi-289 (289Mc; 289,19363 uma). Nucli format per 115 protons i 174 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,22 s. Decau a nihoni-285, amb emissió d’un nucli d’heli-4. No ha estat sintetitzat directament, sinó obtingut com a isòtop fill del tennes-293.
– moscovi-290 (290Mc; 290,19598 uma). Nucli format per 115 protons i 175 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,016 s. Decau a nihoni-286, amb emissió d’un nucli d’heli-4. No ha estat sintetitzat directament, sinó obtingut com a isòtop fill del tennes-294.

Dels isòtops encara no detectats podem esmentar:
– moscovi-291. Podria aconseguir-se com a isòtop fill del tennes-295, sintetitzat a través de la reacció 249Bk(48Ca,2n)295Ts. Aquest isòtop tindria una semivida d’uns quants segons, i decauria en part per alfa-desintegració i en part per captura electrònica o emissió d’un positró. En aquest segon mode de desintegració donaria lloc a flerovi-291 i, a través d’aquest, a copernici-291 (el qual podria tindre una semivida de 1200 anys).

L’àtom neutre de moscovi conté 115 electrons, amb una configuració basal d’escorça teòrica de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d105f146s26p66d107s27p3. És, doncs, un transactínid, concretament l’eka-bismut, l’element per al període 7 del grup 15 (el grup del nitrogen o el grup dels pnictògens), situat dins del bloc p. Teòricament seria un metall de post-transició. Com a element radioactiu purament artificial, de síntesi ben difícil, el coneixement empíric és molt limitat. Els estats d’oxidació més habituals són +1 i +3. El radi atòmic seria de 1,87•10-10 m.

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, el moscovi elemental es presentaria en forma de sòlid metàl•lic, amb una densitat de 13500 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, el moscovi fondria a 670 K i bulliria a 1400 K.

La reactivitat del moscovi podria apartar-se sensiblement de la pnictògens més lleugers. Efectes relativístics escindeixen el subnivell 7p en 7p1/2 (amb 2 electrons) i 7p3/2 (amb 1). És aquest darrer electró el que participaria preferiblement en enllaços químics, afavorint un nombre d’oxidació de +1. El catió Mc+ tindria propietats més afins amb les del Tl+ que no pas amb el catió bismut. De totes maneres, el catió Mc3+ també seria possible.

Més enllà de les poques desenes d’àtoms de moscovi detectats en experiments a Dubna, Darmstadt, Berkeley o altres centres, l’element no sembla existir en la natura.

La síntesi del moscovi

L’única reacció que hom ha provat per a la síntesi directa de moscovi és 243Am(48Ca,xn)291-xMc. Fou assajada originàriament a Dubna el juliol-agost del 2003, amb detecció de tres àtoms de 288Mc i un àtom de 287Mc. El juny del 2004, en una nova ronda, hom detectà fins a 15 àtoms de 288Mc. L’agost del 2005, en una tercera repetició, s’aconseguiren 5 deteccions més. Entre octubre del 2010 i febrer del 2011, es practicà a Dubna en diferents condicions, amb detecció de 21 àtoms de 288Mc i 1 àtom de 289Mc.

A final del 2004, a Darmstadt hom provà la reacció 238U(51V,xn)289-xMc, utilitzant dianes de fluorur d’urani (IV), però sense cap detecció.

A banda d’aquestes reaccions, hi hauria pendents d’assaig tota aquesta sèrie:
208Pb(75As,xn)283-xMc.
232Th(55Mn,xn)287-xMc.
237Np(50Ti,xn)287-xMc.
244Pu(45Sc,xn)289-xMc.
241Am(48Ca,xn)289-xMc.
248Cm(41K,xn)289-xMc.
249Bk(40Ar,xn)289-xMc.
249Cf(37Cl,xn)286-xMc.

Els isòtops moscovi-289 i moscovi-290 s’han obtingut exclusivament com a isòtops fills de tennes-293 i tennes-294.

Per fer possibles estudis sobre la química del moscovi seria necessària la síntesi directa o indirecta d’isòtops més pesants, que tinguin una semivida de l’ordre de segons. Seria el cas del moscovi-291, que podria aconseguir-se indirectament a través de la reacció 249Bk(48Ca,2n)295Mc.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
One comment on “Els empèdocles moderns – Yuri Oganessian (2003) i l’element 115 (Mc) – moscovi (ununpenti, Uup)
  1. didaclopez ha dit:

    El 30 de novembre del 2016, hom confirmà el nom de moscovi i el símbol Mc https://iupac.org/iupac-announces-the-names-of-the-elements-113-115-117-and-118/

Els comentaris estan tancats.

%d bloggers like this: