Els empèdocles moderns – Yuri Oganessian (2010) i l’element 117 (Ts) – tennes (ununsepti, Uus)

Continuem amb aquesta renovació de caselles provisionals i arribem a la a 117. Els descobridors han proposat el nom, en anglès, de “tennessine”, en homenatge a l’estat de Tennessee, on es troba l’Oak Ridge National Laboratory (ORNL), on se sintetitzà la diana de berqueli que serví a la producció, al Laboratori Flerov de Dubna, dels primers àtoms coneguts d’aquest element. Com veieu la proposta de nom fa ús del sufix “-ine” que, des de l’època de Humphry Davy, distingeix els elements “halògens”, els del “grup 17”. És clar que no tenim informació química per dir pròpiament que l’element 117 és un halogen, de manera que podria sorgir alguna recomanació en favor del mot “tennessium” en aquests cinc mesos que s’obren ara de consulta pública. Si fos el cas, ja faríem una tercera versió per a la casella. En tot cas, no crec que ningú contesti l’homenatge a l’estat de Tennessee. L’ORNL fou un dels centres construïts en el marc del Projecte Manhattan i és actualment gestionat per la University of Tennessee i el Battelle Memorial Institute. La major part de fons (80%) provenen del Departament d’Energia. La ciutat d’Oak Ridge, de fet, cresqué al voltant del laboratori, i d’ací malnoms com els de “Atomic City”. Oak Ridge es troba entre els comtats d’Anderson i Roane, en la Regió Oriental de Tennessee, enclavada doncs en les Muntanyes Apalatxes. L’Estat de Tennessee abasta un total de 109.247 km2, amb una població de 6.600.000 habitants. El nom de Tennessee d’una o més localitats del territori que compartien un topònim d’etimologia desconeguda. L’expedició de Juan Pardo, en el 1567, reporta el seu pas per una localitat anomenada Tanasqui. A començament del segle XVIII, en reports britànics, apareix una localitat txeroqui denominada Tanasi o Tanase. La grafia “Tennessee” és l’utilitzada ja en els anys 1750 per James Glen, governador de Carolina del Sud. El topònim també servia per designar el riu que passava per aquesta població. Després de la independència, el govern de Carolina del Nord reclama aquestes terres (la “Overmountain Region”), i les organitzà en comtats, el comtat de Davidson i el comtat de Tennessee (1788). Però ja abans de la independència, els colons blancs de l’altra banda dels Apalatxes havien sol•licitat formar una entitat pròpia. En el 1772, crearen una “Watauga Association” i en el 1784 provaren de bastir l’Estat de Franklin. En qualsevol cas, foren aquestes aspiracions les que feren que Carolina del Nord renunciés als comtats de Davidson i Tennessee i els lliurés a les autoritats federals, que les inclogueren en un territori federal (“Territory South of the River Ohio”, “Southwest territory”) en el 1790. Aquest territori s’organitzà en l’Estat de Tennessee, que ingressà en la Unió l’1 de juny del 1796. Gran part de la població txeroqui seria foragitada en el 1838-1839. El juny del 1861, l’Estat de Tennessee se sumà a la Confederació, però a partir del 1863 la major part del territori era controlat pels nordistes. Tennessee reprengué relacions normals amb la Unió el juliol del 1866. La industrialització de Tennessee rebé un gran estímul amb la formació de la Tennessee Valley Authority en el 1933 o amb projectes com el de l’ORNL en el 1942. Memphis i Nashville, en particular, esdevingueren en la segona meitat del segle XX importants centres de creació musical, que han contribuït a internacionalitzar el nom de Tennessee.

Mapa del Comtat Txeroqui, publicat per Henry Timberlake en el 1765. El potamònim de Tennessee s’ha anat estenent fins a assenyalar el qui és el tributari més gran del riu Ohio que, al seu torn, és el tributari més important del riu Mississippi

Yuri Oganessian i la descoberta del tennes

Юрий Цолакович Оганесян

De tots els elements del període 8, el de síntesi més difícil és l’element 117. És lògic que també hagi estat el darrer a sintetitzar-se. Els primers intents robustos per fer possible aquesta síntesi remunten al 2004. Llavors, l’equip d’Oganessian del Laboratori Flerov de l’Institut Conjunt de Recerca Nuclear, a Dubna, va proposar a l’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) un experiment basat en el bombardament d’una diana de berqueli amb ions de calci-48. L’ORNL era l’únic centre amb una capacitat suficient per a sintetitzar berqueli a una escala suficient. Però l’ORNL en aquells moments no tenia previst sintetitzar berqueli, i això va fer que l’intent quedés suspès, tota vegada que el Laboratori Flerov s’estimava més en aquelles circumstàncies centrar els esforços en la síntesi d’ununocti (amb dianes més assequibles, de californi).

És cert que hi havia altres combinacions per provar de sintetitzar ununsepti, que no passaven pel berqueli. Ara bé, a Dubna s’estimaven més treballar amb aquesta diana, perquè era la que més s’ajustava als projectils de calci-48, l’isòtop més lleuger amb un excés neutrònic tan considerable.

El GSI de Darmstadt, d’altra banda, havien pensat en alternatives a aquesta reacció, com ara 244Pu(51V,xn)295-x117 o 243Am(50Ti,xn)293-x117.

En el 2008, Oak Ridge reprengué la producció de berqueli, de manera que s’obrí una finestra per fer l’experiment proposat en el 2004. En total es generaren uns 22 mg de berqueli (fonamentalment, berqueli-249). Després de 90 dies de refredament i 90 dies de purificació química, hom disposava de material adequat. La semivida del berqueli-249, però, és de 330 dies, de manera que calia escurçar el màxim possible les etapes següent a no pas més de sis mesos.

Solució de berqueli durant el procés de confecció del material que havia de servir de diana per a la síntesi d’ununsepti. Entre el procés de la pròpia síntesi del berqueli i de la seva purificació van caldre 250 dies, un període considerable si atenem que la semivida material del berqueli-249 és de 330 dies

A mitjan del 2009, en un vol comercial de Nova York a Moscou, hom transportà en cinc contenidors de plom petites quantitats de berqueli. Les autoritats duaneres russes van refusar l’entrada d’aquests contenidors per falta de la documentació adient. La càrrega es passejà durant diversos dies, no sense abans tornar a Moscou per ser refusada en una altra ocasió. En total va fer cinc vols transatlàntics fins que en la tercera arribada a Moscou, fou acceptada, i transferida a l’Institut de Recerca de Reactors Atòmics de Dimitrovgrad.

A Dimitrovgrad, la càrrega de berqueli fou dipositada en una placa de titani, formant una pel•lícula de 300 nm de gruix. La placa fou transportada a Dubna, i col•locada en l’accelerador de partícules.

El flux de calci-48, com en altres ocasions, fou preparat a Dubna a partir de mostres de calci. Amb aquest flux començaren a bombardar la diana de berqueli el juny del 2009.

El gener del 2010 recopilaven a Dubna les dades de l’experiment. S’hi havien detectat dos tipus de cadenes d’alfa-desintegracions atribuïbles a l’ununsepti. La primera, detectada en una ocasió, es correspondria a un isòtop de nombres protònic i neutrònic senars, i consistia en sis alfa-desintegracions culminades en una fissió espontània. La segona, detectada en cinc ocasions, es corresponia a un isòtop de nombre protònic senar i de nombre neutrònic parell, integrada per tres alfa-desintegracions abans de la fissió.

En l’experiment i en l’anàlisi de dades participaren els següents investigadors:
– per l’Institut Conjunt de Recerca Nuclear de Dubna: Yu. Ts. Oganessian, F. Sh. Abdullin, S. N. Dimitriev, M. G. Itkis, Yu. V. Lobanov, A. N. Mezentsev, A. N. Polyakov, R. N. Sagaidak, I. V. Shirokovski, V. G. Subbotin, A. M. Sukhov, Yu. S. Tsyganov, V. K. Utyonkov, A. A. Voinov i G. K. Vostokin.
– pel Laboratori Nacional d’Oak Ridge: P. D. Bailey, D. E. Benker, J. G. Ezold, C. E. Porter, F. D. Riley, J. B. Roberto i K. P. Rykaczewski.
– per la Universitat de Nevada a Las Vegas: M. E. Bennett.
– pel Departament de Física i Astronomia de la Universitat de Vanderbilt a Nashville: J. H. Hamilton, A. V. Ramayya.
– pel Laboratori Nacional Lawrence de Livermore: R. A. Henderson, K. J. Moody, S. L. Nelson, D. A. Shaughnessy, M. A. Stoyer i P. A. Wilk.
– per l’Institut de Recerca de Reactors Atòmic de Dimitrovgrad: M. A. Ryabinin.

Les dades obtingudes a Dubna foren examinades a Livermore, on atribuiren els dos senyals als isòtops 294Uus i 293Uus. Calcularen que els nuclis tindrien unes semivides de l’ordre de 10-5 s, suficients per formar àtoms. El 9 d’abril del 2010 eren publicats els resultats com a “síntesi d’un nou element amb nombre atòmic de 117”.

Interpretació d’Oganessian et al. (2010) del seu experiment sobre la reacció 249Bk(48Ca,xn)297-xUus.

L’experiment no tan sols suposava la descoberta de l’element 117, sinó també la del seguit d’isòtops que formaven part de les dues cadenes d’alfa-desintegració. Aquest fet mateix impossibilitava fer ús d’experiments previs per confirmar les identificacions proposades. En el 2011, hom sintetitzà directament per primera vegada l’isòtop 289Uup, amb uns resultats similars als obtinguts en l’experiment del 2009. És simptomàtic, doncs, que el Comitè Conjunt de IUPAC/IUPAP del 2011 no arribés ni avaluar tan sols la possible descoberta de l’element 117.

En el 2012, es repetí a Dubna l’experiment, amb detecció de set àtoms d’ununsepti. Oganessian et al. (2013) obtingueren, doncs, dades addicionals, alhora que compatibles amb les de l’experiment del 2009. Ja el setembre del 2012 se sentiren amb prou forces com per donar per confirmada la descoberta de l’element 117.

En el 2014, en el marc d’una col•laboració entre l’ORNL i el GSI de Darmstadt es repetí el bombardament de berqueli-249 amb calci-48, amb detecció de dos àtoms, mercès a la qual Khuyagbaatar et al. (2014) confirmaven la descoberta de l’ununsepti.

El 30 de desembre del 2015, el Comitè Conjunt de la IUPAC i IUPAP reconeixia la descoberta dels elements que romanien encara per completar el període setè: 113, 115, 117 i 118. La descoberta de l’element 117 era atribuïda a la col•laboració formada per Dubna, Livermore i Oak Ridge, i els encomanava de proposar un nom i un símbol per a l’element.

El 8 de juny, la IUPAC anunciava que els descobridors de l’element 117 proposaven el nom definitiu de “tennessine” i el símbol químic Ts. Es feia homenatge, doncs, a l’Estat de Tennessee, que acull no tan sols l’ORNL, sinó també la Vanderbilt University i la University of Tennesee at Knoxville. En particular hom reconeixia el rol del Reactor d’Isòtops d’Alt Flux (HFIR) i el Centre de Desenvolupament d’Enginyeria Radioquímica (REDC) de l’ORNL en la producció i separació química de dianes d’actínid per a la síntesi d’elements superpesants.

En la proposta en anglès, s’utilitza el sufix “-ine”, propi dels elements del grup 17 (el grup dels halògens). En català, hom no utilitza sufix per aquests elements, i així diem fluor, clor, brom, iode i àstat. Així doncs, hauríem de dir “tennes”, o potser “tennese”. Val a dir que la natura química de l’element 117 no ha estat encara escatida, i possiblement això faci que finalment s’adopti el nom de “tennessium”, amb el sufix –ium que s’utilitza de manera genèrica per als elements químics. En aquest cas, la forma catalana seria senzillament, “tennessi”.

El tennes: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del tennes és de 294 uma, corresponent a la de l’isòtop de semivida més llarga. Val a dir, però, que ara tan sols es coneixen dos isòtops d’aquest element:
– tennes-293 (293Ts; 293,20824 uma). Nucli format per 117 protons i 176 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,022 s. Decau a moscovi-289, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Fou sintetitzat originàriament en el 2009.
– tennes-294 (294Ts; 294,21046 uma). Nucli format per 117 protons i 177 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,051 s. Decau a moscovi-290, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Fou sintetitzat originàriament en el 2009.

Pel que fa als isòtops més pesants, encara no descoberts, la síntesi és encara més difícil. L’isòtop més estable seria el tennes-296, amb una semivida de 40 ms. Per a isòtop més pesants, a partir del tennes-301, l’alfa-desintegració es fa més i més rara, i domina la beta-desintegració, especialment quan arribem al tennes-335.

L’àtom neutre de tennes conté 117 electrons, amb una configuració basal d’escorça teòrica de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d105f146s26p66d107s27p5. És un transactínid, concretament l’eka-àstat, és a dir l’element del període 7 per al grup 17 (el grup dels halògens), dins del bloc p. Hom dubta però si es tractaria d’un element realment halògen o d’un metal•loid. Com a element radioactiu purament artificial, de síntesi tan difícil, el coneixement empíric és extraordinàriament limitat. Els estats d’oxidació més habituals serien +3 i +1, encara que també el trobaríem amb +5 i -1. El radi atòmic seria de 1,38•10-10 m.

En condicions estàndards de pressió i temperatura, el tennes elemental es presentaria en forma de sòlid, amb una densitat de 7100-7300 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, el tennes elemental fondria a 623-823 K, i bulliria a 883 K.

La reactivitat del tennes és segurament diferent de la dels halògens menys pesants. Si en els halògens clàssics, la configuració electrònica de valença és de ns2np5, en el cas del tennes és de 7s27p1/227p3/23.

Nivells energètics per als orbitals més externs de l’àstat i del tennes

Ara com ara, però, no hi ha hagut experiments de caracterització química del tennes. Més enllà dels pocs àtoms que se n’han sintetitzat a Dubna, a Darmstadt o a d’altres laboratoris especialitzats, no se sap de la presència d’aquest element a la natura.

La síntesi del tennes

L’única reacció practicada doncs amb èxit per a la síntesi de tennes és una reacció de fusió en calent, 249Bk(48Ca,xn)297-xTs. Aquesta reacció fou assajada per primera vegada a Dubna en un experiment de set mesos (juliol del 2009 – febrer del 2010) amb producció d’un àtom de 294Ts i de cinc àtoms de 293Ts. En un segon experiment, realitzat el maig del 2010 a Dubna, se’n detectaren dos àtoms més de 294Ts. En el 2014, a Darmstadt, la reacció fou reproduïda, amb detecció de dos àtoms de 294Ts.

Existeix un ventall de reaccions possibles per aconseguir la síntesi d’aquests i d’altres isòtops d’ununsepti, però cap no ha estat assajada:
153Eu(136Xe,xn)289-xTs.
208Pb(81Br,xn)289-xTs.
209Bi(82Se,xn)291-xTs.
232Th(59Co,xn)291-xTs.
231Pa(58Fe,xn)289-xTs.
238U(55Mn,xn)293-xTs.
237Np(54Cr,xn)291-xTs.
244Pu(51V,xn)295-xTs.
243Am(50Ti,xn)293-xTs.
248Cm(45Sc,xn)293-xTs.
250Cm(45Sc,xn)295-xTs.
249Cf(41K,xn)290-xTs.
252Cf(41K,xn)293-xTs.
253Es(40Ar,xn)293-xTs.

La síntesi directa d’isòtops més pesants del tennes (>295) resulta força prohibitiva, i és possible que hom arribi abans a adquirir-los abans com a subproductes de la síntesi dels elements 119 o 121. La síntesi d’aquests elements ha estat assajada, però sense cap detecció confirmada.

Per fer estudis bàsics sobre la química del tennes serà necessari arribar a aquests isòtops més pesants i amb una semivida no tan breu.

De moment, però, cal remarcar que la recerca feta en la síntesi de tennes ha permès la descoberta indirecta d’un seguit d’isòtops d’elements més lleugers (meitneri-277 en el 2013, laurenci-266 en el 2014) i a tindre més dades sobre el possible nombre neutrònic màgic de 184, i el seu paper en l’estructura dels nuclis atòmics superpesants.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
One comment on “Els empèdocles moderns – Yuri Oganessian (2010) i l’element 117 (Ts) – tennes (ununsepti, Uus)
  1. didaclopez ha dit:

    Finalment, la IUPAC ha acceptat la forma “tennessine” i el símbol Ts. La forma preferida en català seria l’aguda, és a dir, tennès https://iupac.org/iupac-announces-the-names-of-the-elements-113-115-117-and-118/

Els comentaris estan tancats.

%d bloggers like this: