Tabla periódica extendida

Una tabla periódica extendida plantea teorías sobre elementos químicos más allá de los actualmente conocidos y comprobados. El elemento con el número atómico más alto conocido es el oganesón ( Z = 118), que completa el séptimo periodo (fila) de la tabla periódica . Por lo tanto, todos los elementos del octavo periodo y posteriores siguen siendo puramente hipotéticos.

Los elementos más allá del 118 se colocarían en periodos adicionales al ser descubiertos, dispuestos (al igual que los periodos existentes) para ilustrar tendencias recurrentes periódicas en las propiedades de los elementos. Se espera que cualquier periodo adicional contenga más elementos que el séptimo periodo, ya que se calcula que tienen un bloque g adicional , que contiene al menos 18 elementos con orbitales g parcialmente llenos en cada periodo. Glenn T. Seaborg sugirió una tabla de ocho periodos que contiene este bloque en 1969. ^[¹^]^[²^] El primer elemento del bloque g puede tener el número atómico 121 y, por lo tanto, tendría el nombre sistemático de unbiunio . A pesar de muchas búsquedas, no se han sintetizado ni descubierto en la naturaleza elementos en esta región. ^[³^]

Según la aproximación orbital en las descripciones cuántico-mecánicas de la estructura atómica, el bloque g correspondería a elementos con orbitales g parcialmente llenos, pero los efectos de acoplamiento espín-órbita reducen sustancialmente la validez de la aproximación orbital para elementos de alto número atómico. La versión de Seaborg del período extendido tenía los elementos más pesados siguiendo el patrón establecido por los elementos más ligeros, ya que no tomaba en cuenta los efectos relativistas . Los modelos que toman en cuenta los efectos relativistas predicen que el patrón se romperá. Pekka Pyykkö y Burkhard Fricke utilizaron modelos computacionales para calcular las posiciones de los elementos hasta Z = 172, y encontraron que varios estaban desplazados de la regla de Madelung . ^{[ 4 ]} Como resultado de la incertidumbre y la variabilidad en las predicciones de las propiedades químicas y físicas de los elementos más allá de 120, actualmente no hay consenso sobre su ubicación en la tabla periódica extendida.

Es probable que los elementos de esta región sean altamente inestables con respecto a la desintegración radiactiva y experimenten desintegración alfa o fisión espontánea con vidas medias extremadamente cortas , aunque se hipotetiza que el elemento 126 se encuentra dentro de una isla de estabilidad que es resistente a la fisión pero no a la desintegración alfa. También pueden ser posibles otras islas de estabilidad más allá de los elementos conocidos, incluyendo una teorizada en torno al elemento 164, aunque el alcance de los efectos estabilizadores de las capas nucleares cerradas es incierto. No está claro cuántos elementos más allá de la isla de estabilidad esperada son físicamente posibles, si el período 8 está completo o si existe un período 9. La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) define que un elemento existe si su vida media es mayor que 10⁻¹⁴ ^segundos (0,01 picosegundos o 10⁻¹⁴ femtosegundos), que es el tiempo que tarda el núcleo en formar una nube electrónica . ^{[ 5 ]}

Ya en 1940 se observó que una interpretación simplista de la ecuación de Dirac relativista presenta problemas con los orbitales electrónicos en Z > 1/α ≈ 137,036 (el recíproco de la constante de estructura fina ), lo que sugiere que los átomos neutros no pueden existir más allá del elemento 137, y que una tabla periódica de elementos basada en orbitales electrónicos, por lo tanto, se rompe en este punto. ^[⁶^] Por otro lado, un análisis más riguroso calcula que el límite análogo es Z ≈ 168–172, donde la subcapa 1s se sumerge en el mar de Dirac , y que en realidad no son los átomos neutros los que no pueden existir más allá de este punto, sino los núcleos desnudos, lo que no representa ningún obstáculo para la extensión posterior del sistema periódico. Los átomos más allá de este número atómico crítico se denominan átomos supercríticos .

Historia

La existencia de elementos más allá de los actínidos se propuso por primera vez en 1895, cuando el químico danés Hans Peter Jørgen Julius Thomsen predijo que el torio y el uranio formaban parte de un período de 32 elementos que terminaría en un elemento químicamente inactivo con un peso atómico de 292 (no muy lejos del 294 del único isótopo conocido del oganesón ). En 1913, el físico sueco Johannes Rydberg predijo de manera similar que el siguiente gas noble después del radón tendría un número atómico de 118, y derivó formalmente congéneres aún más pesados del radón en Z = 168, 218, 290, 362 y 460, exactamente donde el principio de Aufbau los predecía. En 1922, Niels Bohr predijo la estructura electrónica de este siguiente gas noble en Z = 118, y sugirió que la razón por la que no se observaban en la naturaleza elementos más allá del uranio era su excesiva inestabilidad. El físico e ingeniero alemán Richard Swinne publicó en 1926 un artículo de revisión con predicciones sobre los elementos transuránicos (posiblemente acuñó el término) en el que anticipó las predicciones modernas de una isla de estabilidad: en 1914, planteó la hipótesis de que la vida media no debería disminuir estrictamente con el número atómico, sino que sugirió que podría haber elementos de mayor duración en Z = 98–102 y Z = 108–110, y especuló que tales elementos podrían existir en el núcleo terrestre , en meteoritos de hierro o en los casquetes polares de Groenlandia, donde habían permanecido confinados desde su supuesto origen cósmico. ^{[ 7 ]} En 1955, estos elementos fueron denominados elementos superpesados . ^{[ 8 ]}

Las primeras predicciones sobre las propiedades de los elementos superpesados no descubiertos se realizaron en 1957, cuando se exploró por primera vez el concepto de capas nucleares y se teorizó la existencia de una isla de estabilidad alrededor del elemento 126. ^{[ 9 ]} En 1967, se realizaron cálculos más rigurosos y se teorizó que la isla de estabilidad estaba centrada en el flerovio (elemento 114), entonces no descubierto; este y otros estudios posteriores motivaron a muchos investigadores a buscar elementos superpesados en la naturaleza o intentar sintetizarlos en aceleradores. ^{[ 8 ]} En la década de 1970 se llevaron a cabo muchas búsquedas de elementos superpesados, todas con resultados negativos. A abril de 2022 Se ha intentado la síntesis de todos los elementos hasta el unbiseptio inclusive ( Z = 127), excepto el unbitrio ( Z = 123), ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}^{[ 12 ]} siendo el oganesón el elemento más pesado sintetizado con éxito en 2002 y el descubrimiento más reciente el del tenesino en 2010. ^{[ 10 ]}

Como se predijo que algunos elementos superpesados se encontrarían más allá de la tabla periódica de siete períodos, Glenn T. Seaborg propuso por primera vez en 1969 un octavo período adicional que contenía estos elementos. Este modelo continuó el patrón en los elementos establecidos e introdujo una nueva serie de bloques g y superactínidos que comienza en el elemento 121, aumentando el número de elementos en el período 8 en comparación con los períodos conocidos. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 8 ]} Sin embargo, estos primeros cálculos no tuvieron en cuenta los efectos relativistas que rompen las tendencias periódicas y hacen imposible la extrapolación simple. En 1971, Fricke calculó la tabla periódica hasta Z = 172 y descubrió que algunos elementos tenían propiedades diferentes que rompen el patrón establecido, ^{[ 4 ]} y un cálculo de 2010 de Pekka Pyykkö también señaló que varios elementos podrían comportarse de manera diferente a lo esperado. ^{[ 13 ]} Se desconoce hasta dónde podría extenderse la tabla periódica más allá de los 118 elementos conocidos, ya que se predice que los elementos más pesados son cada vez más inestables. Glenn T. Seaborg sugirió que, en términos prácticos, el final de la tabla periódica podría llegar tan pronto como alrededor de Z = 120 debido a la inestabilidad nuclear. ^{[ 14 ]}

Estructuras predichas de una tabla periódica extendida

Actualmente no existe consenso sobre la ubicación de los elementos con número atómico superior a 120 en la tabla periódica.

A todos los elementos hipotéticos se les asigna un nombre sistemático de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) , que se utiliza hasta que el elemento se descubre, se confirma y se aprueba un nombre oficial. Estos nombres no suelen utilizarse en la literatura, y en su lugar se hace referencia a los elementos por sus números atómicos; por lo tanto, al elemento 164 no se le suele llamar "unhexquadium" ni "Uhq" (el nombre y símbolo sistemáticos), sino "elemento 164" con el símbolo "164", "(164)" o "E164". ^[¹⁵^]

Principio de Aufbau

En el elemento 118, se supone que los orbitales 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d y 7p están llenos, mientras que los orbitales restantes están vacíos. Una simple extrapolación del principio de Aufbau predeciría que la octava fila llenaría los orbitales en el orden 8s, 5g, 6f, 7d, 8p; pero después del elemento 120, la proximidad de las capas electrónicas hace que su ubicación en una tabla simple sea problemática.

Fricke

No todos los modelos muestran que los elementos más pesados siguen el patrón establecido por los elementos más ligeros. Burkhard Fricke et al., quienes realizaron cálculos hasta el elemento 184 en un artículo publicado en 1971, también encontraron que algunos elementos se desviaban de la regla de ordenamiento energético de Madelung como resultado de orbitales superpuestos; esto se debe al creciente papel de los efectos relativistas en los elementos pesados (describen propiedades químicas hasta el elemento 184, pero solo dibujan una tabla hasta el elemento 172). ^{[ 4 ]}^{[ 16 ]}

El formato de Fricke et al. se centra más en las configuraciones electrónicas formales que en el comportamiento químico probable. Colocan los elementos 156–164 en los grupos 4–12 porque formalmente sus configuraciones deberían ser 7d ² a 7d ¹⁰ . Sin embargo, difieren de los elementos d anteriores en que la capa 8s no está disponible para el enlace químico: en su lugar, lo está la capa 9s. Así, el elemento 164 con 7d ¹⁰ 9s ⁰ es señalado por Fricke et al. como análogo al paladio con 4d ¹⁰ 5s ⁰ , y consideran que los elementos 157–172 tienen analogías químicas con los grupos 3–18 (aunque son ambivalentes sobre si los elementos 165 y 166 se parecen más a los elementos de los grupos 1 y 2 o a los de los grupos 11 y 12, respectivamente). Por lo tanto, los elementos 157–164 se colocan en su tabla en un grupo que los autores no consideran químicamente más análogo. ^{[ 17 ]}

Nefedov

Vadim Nefedov , Malvina Trzhaskovskaya y Victor Yarzhemskii realizaron cálculos hasta el año 164 (resultados publicados en 2006). Consideraron que los elementos 158 a 164 eran homólogos de los grupos 4 a 10, y no de los grupos 6 a 12, observando similitudes en las configuraciones electrónicas con los metales de transición del período 5 (por ejemplo, el elemento 159 7d ⁴ 9s ¹ frente a Nb 4d ⁴ 5s ¹ , el elemento 160 7d ⁵ 9s ¹ frente a Mo 4d ⁵ 5s ¹ , el elemento 162 7d ⁷ 9s ¹ frente a Ru 4d ⁷ 5s ¹ , el elemento 163 7d ⁸ 9s ¹ frente a Rh 4d ⁸ 5s ¹ , el elemento 164 7d ¹⁰ 9s ⁰ frente a Pd 4d ¹⁰ 5s ⁰ ). Por lo tanto, coinciden con Fricke et al. en los grupos químicamente más análogos, pero difieren de ellos en que Nefedov et al. En realidad, se colocan los elementos en los grupos químicamente más análogos. El Rg y el Cn llevan un asterisco para reflejar configuraciones diferentes a las del Au y el Hg (en la publicación original se representan desplazados en la tercera dimensión). De hecho, el Cn probablemente tenga una configuración análoga a la del Hg, y la diferencia de configuración entre el Pt y el Ds no está marcada. ^{[ 18 ]}

Pyykkö

En un artículo publicado en 2011, Pekka Pyykkö utilizó modelos informáticos para calcular las posiciones de los elementos hasta Z = 172 y sus posibles propiedades químicas. Reprodujo el orden orbital de Fricke et al. y propuso un refinamiento de su tabla asignando formalmente posiciones a los elementos 121–164 basándose en configuraciones iónicas. ^{[ 13 ]}

Para llevar la contabilidad de los electrones, Pyykkö coloca algunos elementos fuera de orden: así, el 139 y el 140 se colocan en los grupos 13 y 14 para reflejar que la capa 8p _1/2 necesita llenarse, y distingue series separadas 5g , 8p _1/2 y 6f. ^{[ 13 ]} Fricke et al. y Nefedov et al. no intentan separar estas series. ^{[ 17 ]}^{[ 18 ]}

Kulsha

El químico computacional Andrey Kulsha ha sugerido dos formas de la tabla periódica extendida hasta el 172 que se basan y refinan las versiones de Nefedov et al. hasta el 164 con referencia a los cálculos de Pyykkö. ^{[ 19 ]} Basándose en sus probables propiedades químicas, los elementos 157–172 son ubicados por ambas formas como congéneres del octavo período del itrio a través del xenón en el quinto período; ^{[ 19 ]} esto extiende la ubicación de Nefedov et al. de 157–164 bajo el itrio a través del paladio, ^{[ 18 ]} y concuerda con las analogías químicas dadas por Fricke et al. ^{[ 17 ]}

Kulsha sugirió dos maneras de tratar los elementos 121–156, que carecen de análogos precisos entre los elementos anteriores. En su primera forma (2011, después de la publicación del artículo de Pyykkö), ^{[ 19 ]} los elementos 121–138 y 139–156 se colocan como dos filas separadas (denominadas conjuntamente "elementos de ultratransición"), relacionadas por la adición de una subcapa 5g ¹⁸ en el núcleo, ya que, según los cálculos de Pyykkö sobre los estados de oxidación, ^{[ 13 ]} deberían, respectivamente, imitar a los lantánidos y actínidos. ^{[ 19 ]}^{[ 20 ]} En su segunda sugerencia (2016), los elementos 121–142 forman un bloque g (ya que tienen actividad 5g), mientras que los elementos 143–156 forman un bloque f ubicado debajo del actinio a través del nobelio. ^{[ 21 ]}

Así, el período 8 emerge con 54 elementos, y el siguiente elemento noble después del 118 es el 172. ^{[ 22 ]}

Smits y otros.

En 2023, Smits, Düllmann, Indelicato, Nazarewicz y Schwerdtfeger realizaron otro intento de ubicar los elementos del 119 al 170 en la tabla periódica basándose en sus configuraciones electrónicas. Las configuraciones de algunos elementos (121-124 y 168) no permitieron ubicarlos de forma inequívoca. El elemento 145 aparece dos veces, algunos lugares tienen doble ocupación y otros están vacíos. ^{[ 23 ]}

Búsquedas de elementos no descubiertos

Intentos de síntesis

Se han realizado intentos para sintetizar los elementos del periodo 8 hasta el unbiseptio, con excepción del unbitrio. Todos estos intentos han fracasado. Los intentos para sintetizar el ununennio y el unbinilio, los dos primeros elementos del periodo 8, continúan en curso a fecha de 2026..

Ununennium (E119)

La síntesis del elemento 119 ( ununenio ) se intentó por primera vez en 1985 bombardeando un blanco de submicrogramos de einstenio-254 con iones de calcio-48 en el acelerador superHILAC en Berkeley, California:

²⁵⁴₉₉ Es+⁴⁸₂₀ Ca→³⁰²119* → sin átomos

No se identificaron átomos, lo que llevó a una sección transversal límite de 300 nb . ^{[ 24 ]} Cálculos posteriores sugieren que la sección transversal de la reacción 3n (que daría como resultado ²⁹⁹ 119 y tres neutrones como productos) sería en realidad seiscientas mil veces menor que este límite superior, en 0,5 pb. ^{[ 25 ]}

De abril a septiembre de 2012, se intentó sintetizar los isótopos ²⁹⁵ 119 y ²⁹⁶ 119 bombardeando un blanco de berkelio -249 con titanio -50 en el Centro Helmholtz GSI para la Investigación de Iones Pesados en Darmstadt , Alemania. ^{[ 26 ]}^{[ 27 ]} Según la sección transversal predicha teóricamente, se esperaba que se sintetizara un átomo de ununennio en los cinco meses posteriores al inicio del experimento. ^{[ 28 ]} Además, dado que el berkelio-249 se desintegra en californio -249 (el siguiente elemento) con una vida media corta de 327 días, esto permitió buscar simultáneamente los elementos 119 y 120. ^{[ 29 ]}

²⁴⁹₉₇ Bk+⁵⁰₂₂ Ti→²⁹⁹119* → sin átomos

El experimento estaba originalmente planeado para continuar hasta noviembre de 2012, ^{[ 30 ]} pero se detuvo antes de tiempo para utilizar el blanco ^{249 Bk para confirmar la síntesis de}tenesino (cambiando así los proyectiles a ⁴⁸ Ca). ^{[ 31 ]} Se predijo que esta reacción de ²⁴⁹ Bk + ⁵⁰ Ti sería la reacción práctica más favorable para la formación del elemento 119, ^{[ 27 ]} ya que es bastante asimétrica, ^{[ 28 ]} aunque también algo fría. ^{[ 31 ]} ( ²⁵⁴ Es + ⁴⁸ Ca sería superior, pero preparar cantidades de miligramos de ²⁵⁴ Es para un blanco es difícil). ^{[ 28 ]} Sin embargo, el cambio necesario de la "bala de plata" ⁴⁸ Ca a ⁵⁰ Ti divide el rendimiento esperado del elemento 119 por aproximadamente veinte, ya que el rendimiento depende fuertemente de la asimetría de la reacción de fusión. ^{[ 28 ]}

Debido a las cortas vidas medias previstas, el equipo del GSI utilizó una nueva electrónica "rápida" capaz de registrar eventos de desintegración en microsegundos. ^{[ 27 ]} No se identificaron átomos del elemento 119, lo que implica una sección transversal límite de 70 fb. ^{[ 31 ]} La sección transversal real prevista es de alrededor de 40 fb, que está en los límites de la tecnología actual. ^{[ 28 ]}

El equipo de RIKEN en Wakō , Japón, comenzó a bombardear blancos de curio -248 con un haz de vanadio -51 en enero de 2018 ^{[ 32 ]} para buscar el elemento 119. Se eligió el curio como blanco, en lugar de berkelio o californio, más pesados, ya que estos últimos son difíciles de preparar. ^{[ 33 ]} Los blancos de ^248Cm fueron proporcionados por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge . RIKEN desarrolló un haz de vanadio de alta intensidad. ^{[ 34 ]} El experimento comenzó en un ciclotrón mientras RIKEN actualizaba sus aceleradores lineales; la actualización se completó en 2020. ^{[ 35 ]} El bombardeo puede continuar con ambas máquinas hasta que se observe el primer evento; el experimento actualmente se ejecuta de forma intermitente durante al menos 100 días al año. ^{[ 36 ]}^{[ 33 ]} Los esfuerzos del equipo de RIKEN están siendo financiados por el Emperador de Japón . ^{[ 37 ]}

El equipo del JINR planea intentar sintetizar el elemento 119, probablemente mediante la reacción ²⁴³ Am + ^{54 Cr.}^{[ 38 ]}^{[ 39 ]} En febrero de 2026, Yuri Oganessian del JINR declaró que un experimento para sintetizar el elemento 119 debería comenzar ese año. ^{[ 40 ]}

Unbinilio (E120)

Tras su éxito en la obtención de oganesón mediante la reacción entre ²⁴⁹ Cf y ⁴⁸ Ca en 2006, el equipo del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) en Dubna inició experimentos similares en marzo-abril de 2007, con la esperanza de crear el elemento 120 (unbinilio) a partir de núcleos de ⁵⁸ Fe y ²⁴⁴ Pu . ^{[ 41 ]}^{[ 42 ]} Se predice que los isótopos de unbinilio tienen vidas medias de desintegración alfa del orden de microsegundos . ^{[ 43 ]}^{[ 44 ]} El análisis inicial reveló que no se produjeron átomos del elemento 120, lo que proporcionó un límite de 400 fb para la sección transversal a la energía estudiada. ^[⁴⁵^]

²⁴⁴₉₄ Pu+⁵⁸₂₆ Fe→³⁰²120* → sin átomos

El equipo ruso planeaba mejorar sus instalaciones antes de intentar la reacción nuevamente. ^{[ 45 ]}

En abril de 2007, el equipo del Centro Helmholtz GSI para la Investigación de Iones Pesados en Darmstadt , Alemania, intentó crear el elemento 120 utilizando uranio -238 y níquel -64: ^{[ 46 ]}

²³⁸₉₂ U+⁶⁴₂₈ Ni→³⁰²120* → sin átomos

No se detectaron átomos, lo que proporcionó un límite de 1,6 pb para la sección transversal a la energía proporcionada. El GSI repitió el experimento con mayor sensibilidad en tres ejecuciones separadas en abril-mayo de 2007, enero-marzo de 2008 y septiembre-octubre de 2008, todas con resultados negativos, alcanzando un límite de sección transversal de 90 fb. ^[⁴⁶^]

En junio-julio de 2010, y de nuevo en 2011, después de actualizar sus equipos para permitir el uso de objetivos más radiactivos, los científicos del GSI intentaron la reacción de fusión más asimétrica: ^{[ 47 ]}

²⁴⁸₉₆ Cm+⁵⁴₂₄ Cr→³⁰²120 → sin átomos

Se esperaba que el cambio en la reacción quintuplicara la probabilidad de sintetizar el elemento 120, ^{[ 48 ]} ya que el rendimiento de tales reacciones depende fuertemente de su asimetría. ^{[ 28 ]} Se observaron tres señales correlacionadas que coincidían con las energías de desintegración alfa predichas de ²⁹⁹ 120 y su hijo ²⁹⁵ Og, así como con la energía de desintegración conocida experimentalmente de su nieto ²⁹¹Lv . Sin embargo, las vidas medias de estas posibles desintegraciones fueron mucho más largas de lo esperado, y los resultados no pudieron confirmarse. ^{[ 49 ]}^{[ 50 ]}^{[ 47 ]}

En agosto-octubre de 2011, un equipo diferente del GSI utilizando las instalaciones de TASCA intentó una reacción nueva, aún más asimétrica: ^{[ 51 ]}^{[ 31 ]}

²⁴⁹₉₈ Cf+⁵⁰₂₂ Ti→²⁹⁹120* → sin átomos

Esto también se intentó sin éxito al año siguiente durante el mencionado intento de hacer el elemento 119 en la reacción ²⁴⁹ Bk + ⁵⁰ Ti, ya que ²⁴⁹ Bk se desintegra en ²⁴⁹ Cf. Debido a su asimetría, ^{[ 52 ]} se predijo que la reacción entre ²⁴⁹ Cf y ⁵⁰ Ti sería la reacción práctica más favorable para sintetizar unbinilio, aunque también es algo fría. No se identificaron átomos de unbinilio, lo que implica una sección transversal límite de 200 fb. ^{[ 31 ]} Jens Volker Kratz predijo que la sección transversal máxima real para producir el elemento 120 por cualquiera de estas reacciones sería de alrededor de 0,1 fb; ^{[ 53 ]} En comparación, el récord mundial para la sección transversal más pequeña de una reacción exitosa fue de 30 fb para la reacción ²⁰⁹ Bi( ⁷⁰ Zn,n) ²⁷⁸Nh , ^{[ 28 ]} y Kratz predijo una sección transversal máxima de 20 fb para producir el elemento vecino 119. ^{[ 53 ]} Si estas predicciones son precisas, entonces la síntesis del elemento 119 estaría en los límites de la tecnología actual, y la síntesis del elemento 120 requeriría nuevos métodos. ^{[ 53 ]}

En mayo de 2021, el JINR anunció planes para investigar la reacción ^249Cf + ^50Ti en sus nuevas instalaciones. Sin embargo, el blanco de ^249Cf habría tenido que ser fabricado por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Estados Unidos, ^{[ 54 ]} y después de que comenzara la invasión rusa de Ucrania en febrero de 2022, la colaboración entre el JINR y otros institutos cesó por completo debido a las sanciones. ^{[ 55 ]} En consecuencia, el JINR ahora planea intentar la reacción 248Cm + 54Cr en su lugar. A finales de 2023 se llevó a cabo un experimento preparatorio para el uso de ^proyectiles de ^54Cr , sintetizando con éxito ^288Lv^en la reacción ^238U + ^54Cr , ^{[ 56 ]} y se espera que los experimentos para sintetizar el elemento 120 comiencen para 2025. ^{[ 57 ]}

A partir de 2022, ^{[ 34 ]} también se han hecho planes para usar el ciclotrón de 88 pulgadas en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) en Berkeley, California , Estados Unidos para intentar hacer nuevos elementos usando proyectiles de ⁵⁰ Ti. ^{[ 58 ]}^{[ 59 ]} Primero, se probó la reacción ²⁴⁴ Pu+ ^{50 Ti, creando con éxito dos átomos de}²⁹⁰ Lv en 2024. Dado que esto fue exitoso, un intento de hacer el elemento 120 en la reacción ²⁴⁹ Cf+ ⁵⁰ Ti comenzó en 2025. ^{[ 60 ]}^{[ 61 ]}^{[ 62 ]}^{[ 63 ]} El Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), que previamente colaboró con el JINR, está colaborando con el LBNL en este proyecto. ^{[ 64 ]}

Unbiunio (E121)

La síntesis del elemento 121 (unbiunio) se intentó por primera vez en 1977 bombardeando un objetivo de uranio-238 con iones de cobre -65 en la Gesellschaft für Schwerionenforschung en Darmstadt , Alemania:

²³⁸₉₂ U+⁶⁵₂₉ Cu→³⁰³121* → sin átomos

No se identificaron átomos. ^{[ 11 ]}

Unbibio (E122)

Los primeros intentos de sintetizar el elemento 122 (unbibio) fueron realizados en 1972 por Flerov et al. en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR), utilizando reacciones de fusión caliente inducidas por iones pesados: ^{[ 10 ]}

²³⁸₉₂ U+^66,68₃₀ Zn→^{304, 306}122* → sin átomos

Estos experimentos se basaron en predicciones iniciales sobre la existencia de una isla de estabilidad en N = 184 y Z > 120. No se detectaron átomos y se midió un límite de rendimiento de 5 nb (5000 pb ). Los resultados actuales (véase flerovio) han demostrado que la sensibilidad de estos experimentos fue demasiado baja, al menos en tres órdenes de magnitud. ^[¹²^]

En 2000, el Centro Helmholtz de Investigación de Iones Pesados de la Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) realizó un experimento muy similar con una sensibilidad mucho mayor: ^{[ 10 ]}

²³⁸₉₂ U+⁷⁰₃₀ Zn→³⁰⁸122* → sin átomos

Estos resultados indican que la síntesis de elementos más pesados sigue siendo un reto importante y que se requieren mejoras adicionales en la intensidad del haz y la eficiencia experimental. En el futuro, se debería aumentar la sensibilidad a 1 fb para obtener resultados de mayor calidad.

Otro intento fallido de sintetizar el elemento 122 se llevó a cabo en 1978 en el Centro Helmholtz del GSI, donde se bombardeó un blanco de erbio natural con iones de xenón-136 : ^{[ 10 ]}

^nat₆₈ Er+¹³⁶₅₄ Xe→^{298, 300, 302, 303, 304, 306}122* → sin átomos

En particular, se esperaba que la reacción entre ¹⁷⁰ Er y ¹³⁶ Xe produjera emisores alfa con vidas medias de microsegundos que se desintegrarían en isótopos de flerovio con vidas medias que podrían aumentar hasta varias horas, ya que se predice que el flerovio se encuentra cerca del centro de la isla de estabilidad. Después de doce horas de irradiación, no se encontró nada en esta reacción. Tras un intento similar fallido de sintetizar el elemento 121 a partir de ²³⁸ U y ⁶⁵ Cu, se concluyó que las vidas medias de los núcleos superpesados deben ser menores de un microsegundo o las secciones transversales son muy pequeñas. ^{[ 65 ]} Investigaciones más recientes sobre la síntesis de elementos superpesados sugieren que ambas conclusiones son ciertas. ^{[ 28 ]}^{[ 66 ]} Los dos intentos en la década de 1970 para sintetizar el elemento 122 fueron impulsados por la investigación que indagaba si los elementos superpesados podrían ocurrir de forma natural. ^{[ 10 ]}

Entre 2000 y 2004, se realizaron varios experimentos en el Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares para estudiar las características de fisión de diversos núcleos compuestos superpesados, como ^{el 306} 122* . Se utilizaron dos reacciones nucleares: ²⁴⁸ Cm + ⁵⁸ Fe y ²⁴² Pu + ⁶⁴ Ni. ^[¹⁰^] Los resultados revelan que los núcleos superpesados se fisionan predominantemente mediante la expulsión de núcleos de capa cerrada , como ^{el 132} Sn ( Z = 50, N = 82). También se observó que el rendimiento de la vía de fusión-fisión era similar entre los proyectiles ^{de 48} Ca y ⁵⁸ Fe, lo que sugiere un posible uso futuro de proyectiles de ⁵⁸ Fe en la formación de elementos superpesados. ^[⁶⁷^]

Unbiquadium (E124)

Científicos del GANIL (Gran Acelerador Nacional de Iones Pesados) intentaron medir la fisión directa y retardada de núcleos compuestos de elementos con Z = 114, 120 y 124 para estudiar los efectos de capa en esta región y determinar la siguiente capa esférica de protones. Esto se debe a que tener capas nucleares completas (o, equivalentemente, tener un número mágico de protones o neutrones ) conferiría mayor estabilidad a los núcleos de estos elementos superpesados, acercándolos así a la isla de estabilidad. En 2006, con los resultados completos publicados en 2008, el equipo presentó los resultados de una reacción que implicaba el bombardeo de un blanco de germanio natural con iones de uranio:

²³⁸₉₂ U+^nat₃₂ Ge→^{308, 310, 311, 312, 314}124* →fisión

El equipo informó que había logrado identificar núcleos compuestos que se fisionaban con vidas medias > 10 ⁻¹⁸ s. Este resultado sugiere un fuerte efecto estabilizador en Z = 124 e indica que la siguiente capa de protones se encuentra en Z > 120, y no en Z = 114 como se pensaba anteriormente. Un núcleo compuesto es una combinación laxa de nucleones que aún no se han organizado en capas nucleares. Carece de estructura interna y se mantiene unido únicamente por las fuerzas de colisión entre el núcleo objetivo y el núcleo proyectil. Se estima que se requieren alrededor de 10 ⁻¹⁴ s para que los nucleones se organicen en capas nucleares, momento en el que el núcleo compuesto se convierte en un nucleido , y este número es utilizado por la IUPAC como la vida media mínima que debe tener un isótopo para ser potencialmente reconocido como descubierto. Por lo tanto, los experimentos GANIL no se consideran un descubrimiento del elemento 124. ^{[ 10 ]}

La fisión del núcleo compuesto ³¹² 124 también se estudió en 2006 en el acelerador de iones pesados ALPI en tándem en los Laboratori Nazionali di Legnaro (Laboratorios Nacionales de Legnaro) en Italia: ^{[ 68 ]}

²³²₉₀ Th+⁸⁰₃₄ Se→³¹²124* →fisión

De forma similar a experimentos previos realizados en el JINR ( Instituto Conjunto de Investigación Nuclear ), los fragmentos de fisión se agruparon alrededor de núcleos doblemente mágicos como el ^132Sn ( Z = 50, N = 82), lo que revela una tendencia de los núcleos superpesados a expulsar dichos núcleos doblemente mágicos en la fisión. ^{[ 67 ]} También se encontró que el número promedio de neutrones por fisión del núcleo compuesto ³¹² 124 (en relación con sistemas más ligeros) aumentaba, lo que confirma que la tendencia de los núcleos más pesados a emitir más neutrones durante la fisión continúa en la región de masa superpesada. ^{[ 68 ]}

Unbipentio (E125)

El primer y único intento de sintetizar el elemento 125 (unbipentio) se llevó a cabo en Dubna en 1970-1971 utilizando iones de zinc y un objetivo de americio-243 : ^{[ 12 ]}

²⁴³₉₅ Am+^{66, 68}₃₀ Zn→^{309, 311}125* → sin átomos

No se detectaron átomos y se determinó un límite de sección transversal de 5 nb. Este experimento se motivó por la posibilidad de una mayor estabilidad para los núcleos alrededor de Z ~ 126 y N ~ 184, ^{[ 12 ]} aunque investigaciones más recientes sugieren que la isla de estabilidad podría estar en un número atómico menor (como el copernicio , Z = 112), y la síntesis de elementos más pesados como el elemento 125 requerirá experimentos más sensibles. ^{[ 28 ]}

Unbihexio (E126)

El primer y único intento de sintetizar el elemento 126 (unbihexio), que no tuvo éxito, fue realizado en 1971 en el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) por René Bimbot y John M. Alexander utilizando la reacción de fusión caliente: ^{[ 10 ]}

²³²₉₀ Th+⁸⁴₃₆ Kr→³¹⁶126* → sin átomos

Se observaron partículas alfa de alta energía (13–15 MeV ) y se consideraron como posible evidencia de la síntesis del elemento 126. Experimentos posteriores, también infructuosos y con mayor sensibilidad, sugieren que la sensibilidad de 10 mb de este experimento era demasiado baja; por lo tanto, la formación de núcleos del elemento 126 en esta reacción es altamente improbable. ^[⁸^]

Unbiseptio (E127)

El primer y único intento de sintetizar el elemento 127 (unbiseptio), que no tuvo éxito, se realizó en 1978 en el acelerador UNILAC del Centro Helmholtz del GSI, donde se bombardeó un blanco de tantalio natural con iones de xenón -136: ^{[ 10 ]}

^nat₇₃ Ta+¹³⁶₅₄ Xe→^{316, 317}127* → sin átomos

Búsquedas en la naturaleza

Un estudio de 1976 realizado por un grupo de investigadores estadounidenses de varias universidades propuso que los elementos superpesados primordiales , principalmente livermorio , elementos 124, 126 y 127, podrían ser la causa de daños por radiación inexplicables (en particular, radiohalos ) en minerales. ^{[ 8 ]} Esto impulsó a muchos investigadores a buscarlos en la naturaleza entre 1976 y 1983. Un grupo liderado por Tom Cahill , profesor de la Universidad de California en Davis , afirmó en 1976 haber detectado partículas alfa y rayos X con las energías adecuadas para causar el daño observado, lo que respaldaba la presencia de estos elementos. En particular, se conjeturó la presencia de núcleos de larga vida (del orden de 10 ⁹ años) de los elementos 124 y 126, junto con sus productos de desintegración, en una abundancia de 10 ⁻¹¹ en relación con sus posibles congéneres uranio y plutonio . ^{[ 69 ]} Otros afirmaron que no se había detectado ninguno y cuestionaron las características propuestas de los núcleos superpesados primordiales. ^{[ 8 ]} En particular, citaron que cualquier núcleo superpesado de este tipo debe tener una capa de neutrones cerrada en N = 184 o N = 228, y esta condición necesaria para una mayor estabilidad solo existe en isótopos deficientes en neutrones de livermorio o isótopos ricos en neutrones de los otros elementos que no serían beta-estables ^{[ 8 ]} a diferencia de la mayoría de los isótopos que se encuentran en la naturaleza. ^{[ 70 ]} También se propuso que esta actividad fuera causada por transmutaciones nucleares en el cerio natural , lo que generó más ambigüedad sobre esta supuesta observación de elementos superpesados. ^{[ 8 ]}

El 24 de abril de 2008, un grupo liderado por Amnon Marinov en la Universidad Hebrea de Jerusalén afirmó haber encontrado átomos individuales de ²⁹² 122 en depósitos naturales de torio con una abundancia de entre 10 ⁻¹¹ y 10 ⁻¹² en relación con el torio. ^{[ 71 ]} La afirmación de Marinov et al. fue criticada por parte de la comunidad científica. Marinov afirmó haber enviado el artículo a las revistas Nature y Nature Physics, pero ambas lo rechazaron sin someterlo a revisión por pares. ^{[ 72 ]} Se afirmó que los átomos ^{de 292} 122 eran isómeros superdeformados o hiperdeformados , con una vida media de al menos 100 millones de años. ^[¹⁰^]

Una crítica a la técnica, utilizada previamente para supuestamente identificar isótopos de torio más ligeros mediante espectrometría de masas , ^{[ 73 ]} se publicó en Physical Review C en 2008. ^{[ 74 ]} Una refutación del grupo de Marinov se publicó en Physical Review C después del comentario publicado. ^{[ 75 ]}

Una repetición del experimento de torio utilizando el método superior de espectrometría de masas con acelerador (AMS) no logró confirmar los resultados, a pesar de una sensibilidad 100 veces mayor. ^{[ 76 ]} Este resultado genera considerables dudas sobre los resultados de la colaboración Marinov con respecto a sus afirmaciones de isótopos de larga vida de torio , ^{[ 73 ]} roentgenio ^{[ 77 ]} y elemento 122. ^{[ 71 ]} Aún es posible que trazas de unbibio solo existan en algunas muestras de torio, aunque esto es improbable. ^{[ 10 ]}

La posible extensión de los elementos superpesados primordiales en la Tierra hoy en día es incierta. Incluso si se confirma que causaron el daño por radiación hace mucho tiempo, podrían haberse desintegrado hasta convertirse en meras trazas, o incluso haber desaparecido por completo. ^{[ 78 ]} También es incierto si tales núcleos superpesados pueden producirse de forma natural, ya que se espera que la fisión espontánea termine el proceso r responsable de la formación de elementos pesados entre los números másicos 270 y 290, mucho antes de que se puedan formar elementos más allá de 120. ^{[ 79 ]}

Una hipótesis de 2017 intenta explicar el espectro de la Estrella de Przybylski mediante el flerovio y el elemento 120 presentes de forma natural. ^{[ 80 ]}^{[ 81 ]}^{[ 82 ]}

Propiedades previstas de los elementos del octavo período

El elemento 118, oganesón , es el elemento más pesado que se ha sintetizado. Los dos elementos siguientes, los elementos 119 y 120 , deberían formar una serie 8s y ser un metal alcalino y un metal alcalinotérreo , respectivamente. Más allá del elemento 120, se espera que comience la serie de los superactínidos , cuando los electrones 8s y el llenado de las subcapas 8p _1/2 , 7d _3/2 , 6f y 5g determinen la química de estos elementos. No se dispone de cálculos CCSD completos y precisos para los elementos más allá del 122 debido a la extrema complejidad de la situación: los orbitales 5g, 6f y 7d deberían tener aproximadamente el mismo nivel de energía, y en la región del elemento 160, los orbitales 9s, 8p _3/2 y 9p _1/2 también deberían tener aproximadamente la misma energía. Esto provocará que las capas electrónicas se mezclen, de modo que el concepto de bloques ya no se aplique correctamente, y también dará lugar a nuevas propiedades químicas que dificultarán enormemente la ubicación de algunos de estos elementos en una tabla periódica. ^{[ 15 ]}

Propiedades químicas y físicas

Elementos 119 y 120

Los dos primeros elementos del periodo 8 serán el ununennio y el unbinilio, elementos 119 y 120. Sus configuraciones electrónicas deberían tener el orbital 8s lleno. Este orbital está estabilizado y contraído relativísticamente; por lo tanto, los elementos 119 y 120 deberían ser más parecidos al rubidio y al estroncio que a sus vecinos inmediatos, el francio y el radio . Otro efecto de la contracción relativista del orbital 8s es que los radios atómicos de estos dos elementos deberían ser aproximadamente iguales a los del francio y el radio. Deberían comportarse como metales alcalinos y alcalinotérreos normales (aunque menos reactivos que sus vecinos verticales inmediatos), formando normalmente estados de oxidación +1 y +2 , respectivamente, pero la desestabilización relativista de la subcapa 7p _3/2 y las energías de ionización relativamente bajas de los electrones 7p _3/2 deberían hacer posibles también estados de oxidación más altos como +3 y +4 (respectivamente). ^{[ 4 ]}^{[ 15 ]}

Superactínidos

Los superactínidos pueden abarcar desde los elementos 121 hasta el 157, que pueden clasificarse como los elementos 5g y 6f del octavo período, junto con el primer elemento 7d. ^{[ 18 ]} En la serie de superactínidos, las capas 7d _3/2 , 8p _1/2 , 6f _5/2 y 5g _7/2 deben llenarse simultáneamente. ^{[ 16 ]} Esto crea situaciones muy complicadas, tanto que los cálculos CCSD completos y precisos solo se han realizado para los elementos 121 y 122. ^{[ 15 ]} El primer superactinido, unbiunio o eka-actinio (elemento 121), debería ser similar al lantano y al actinio : ^{[ 83 ]} su estado de oxidación principal debería ser +3, aunque la proximidad de los niveles de energía de las subcapas de valencia puede permitir estados de oxidación más altos, al igual que en los elementos 119 y 120. ^{[ 15 ]} La estabilización relativista de la subcapa 8p debería resultar en una configuración electrónica de valencia de estado fundamental 8s ² 8p ¹ para el elemento 121, en contraste con las configuraciones ds ² del lantano y el actinio; ^{[ 15 ]} sin embargo, esta configuración anómala no parece afectar su química calculada, que permanece similar a la del actinio. ^{[ 84 ]} Se predice que su primera energía de ionización es de 429,4 kJ/mol, que sería menor que la de todos los elementos conocidos excepto los metales alcalinos potasio , rubidio , cesio y francio : este valor es incluso menor que el del metal alcalino del período 8 ununennio (463,1 kJ/mol). De manera similar, el siguiente superactínido, unbibio o eka-torio (elemento 122), puede ser similar al cerio y al torio , con un estado de oxidación principal de +4, pero tendría una configuración electrónica de valencia de estado fundamental 7d ¹ 8s ² 8p ¹ o 8s ² 8p ^{2 ,}^{[ 85 ]}^{a diferencia de la configuración 6d 2} 7s ² del torio . Por lo tanto, su primera energía de ionización sería menor que la del torio (Th: 6,3 eV ; elemento 122: 5,6 eV) debido a la mayor facilidad de ionización del 8p _{1/2 del unbibio.} electrón que el electrón 6d del torio. ^{[ 15 ]} El colapso del orbital 5g en sí se retrasa hasta alrededor del elemento 125 ( unbipentio o eka-neptunio); se espera que las configuraciones electrónicas de la serie isoelectrónica de 119 electrones sean [Og]8s ¹ para los elementos 119 a 122, [Og]6f ¹ para los elementos 123 y 124, y [Og]5g ¹ para el elemento 125 en adelante. ^{[ 86 ]}

En los primeros superactínidos, se predice que las energías de enlace de los electrones añadidos son lo suficientemente pequeñas como para que puedan perder todos sus electrones de valencia; por ejemplo, el unbihexio (elemento 126) podría formar fácilmente un estado de oxidación +8, e incluso estados de oxidación más altos para los siguientes elementos podrían ser posibles. También se predice que el elemento 126 exhibirá una variedad de otros estados de oxidación : cálculos recientes han sugerido que podría ser posible un monofluoruro estable 126F, resultante de una interacción de enlace entre el orbital 5g del elemento 126 y el orbital 2p del flúor . [ ⁸⁷^]^Otros estados de oxidación predichos incluyen +2, +4 y +6; se espera que +4 sea el estado de oxidación más común del unbihexio. ^[¹⁶^] Se predice que los superactínidos desde el unbipentio (elemento 125) hasta el unbienio (elemento 129) exhiben un estado de oxidación +6 y forman hexafluoruros , aunque se predice que el 125F ₆ y el 126F ₆ están unidos de forma relativamente débil. ^[⁸⁶^] Se espera que las energías de disociación de enlace aumenten considerablemente en el elemento 127 y aún más en el elemento 129. Esto sugiere un cambio de un carácter iónico fuerte en los fluoruros del elemento 125 a un carácter más covalente, que involucra el orbital 8p, en los fluoruros del elemento 129. El enlace en estos hexafluoruros de superactínidos se produce principalmente entre la subcapa 8p más alta del superactínido y la subcapa 2p del flúor, a diferencia de cómo el uranio utiliza sus orbitales 5f y 6d para el enlace en el hexafluoruro de uranio . ^[⁸⁶^]

A pesar de la capacidad de los primeros superactínidos para alcanzar altos estados de oxidación, se ha calculado que los electrones 5g serán los más difíciles de ionizar; se espera que los iones 125 ⁶⁺ y 126 ⁷⁺ tengan una configuración 5g ¹ , similar a la configuración 5f ¹ del ion Np ⁶⁺ . ^{[ 13 ]}^{[ 86 ]} Se observa un comportamiento similar en la baja actividad química de los electrones 4f en los lantánidos ; esto es consecuencia de que los orbitales 5g son pequeños y están profundamente enterrados en la nube electrónica. ^{[ 13 ]} La presencia de electrones en orbitales g, que no existen en la configuración electrónica del estado fundamental de ningún elemento conocido actualmente, debería permitir la formación de orbitales híbridos actualmente desconocidos e influir en la química de los superactínidos de nuevas maneras, aunque la ausencia de electrones g en los elementos conocidos dificulta la predicción de la química de los superactínidos. ^{[ 4 ]}

En los superactínidos posteriores, los estados de oxidación deberían volverse más bajos. Para el elemento 132, el estado de oxidación predominante más estable será solo +6; este se reduce aún más a +3 y +4 para el elemento 144, y al final de la serie de superactínidos será solo +2 (y posiblemente incluso 0) porque la capa 6f, que se está llenando en ese punto, está muy dentro de la nube electrónica y los electrones 8s y 8p _1/2 están ligados demasiado fuertemente para ser químicamente activos. La capa 5g debería llenarse en el elemento 144 y la capa 6f alrededor del elemento 154, y en esta región de los superactínidos los electrones 8p _1/2 están ligados tan fuertemente que ya no son químicamente activos, de modo que solo unos pocos electrones pueden participar en reacciones químicas. Cálculos de Fricke et al. Predicen que en el elemento 154, la capa 6f está completa y no hay funciones de onda electrónicas d u otras fuera de las capas 8s y 8p _1/2 químicamente inactivas . Esto puede hacer que el elemento 154 sea bastante poco reactivo con propiedades similares a las de un gas noble . ^{[ 4 ]}^{[ 15 ]} Sin embargo, los cálculos de Pyykkö esperan que en el elemento 155, la capa 6f todavía sea químicamente ionizable: 155 ³⁺ debería tener una capa 6f completa, y el cuarto potencial de ionización debería estar entre los del terbio y el disprosio , ambos conocidos en el estado +4. ^{[ 13 ]}

De manera similar a las contracciones de lantánidos y actínidos , debería haber una contracción de superactínidos en la serie de superactínidos donde los radios iónicos de los superactínidos son más pequeños de lo esperado. En los lantánidos , la contracción es de aproximadamente 4,4 pm por elemento; en los actínidos , es de aproximadamente 3 pm por elemento. La contracción es mayor en los lantánidos que en los actínidos debido a la mayor localización de la función de onda 4f en comparación con la función de onda 5f. Las comparaciones con las funciones de onda de los electrones externos de los lantánidos, actínidos y superactínidos llevan a una predicción de una contracción de aproximadamente 2 pm por elemento en los superactínidos; Aunque esto es menor que las contracciones en los lantánidos y actínidos, su efecto total es mayor debido a que se llenan 32 electrones en las capas 5g y 6f profundamente enterradas, en lugar de solo 14 electrones que se llenan en las capas 4f y 5f en los lantánidos y actínidos, respectivamente. ^{[ 4 ]}

Pekka Pyykkö divide estos superactínidos en tres series: una serie 5g (elementos 121 a 138), una serie 8p _1/2 (elementos 139 a 140) y una serie 6f (elementos 141 a 155), señalando también que habría una gran superposición entre los niveles de energía y que los orbitales 6f, 7d u 8p _1/2 podrían estar ocupados en los primeros átomos o iones de superactínidos. Además, espera que se comporten más como "superlantánidos", en el sentido de que los electrones 5g serían en su mayoría químicamente inactivos, de forma similar a como solo uno o dos electrones 4f en cada lantánido se ionizan en los compuestos químicos. También predijo que los posibles estados de oxidación de los superactínidos podrían alcanzar valores muy altos en la serie 6f, como +12 en el elemento 148. ^{[ 13 ]}

Andrey Kulsha ha denominado a los elementos del 121 al 156 "elementos de ultratransición" y ha propuesto dividirlos en dos series de dieciocho elementos cada una, una del 121 al 138 y otra del 139 al 156. La primera sería análoga a los lantánidos, con estados de oxidación que oscilan principalmente entre +4 y +6, ya que predomina el llenado de la capa 5g y los elementos vecinos son muy similares entre sí, creando una analogía con el uranio , el neptunio y el plutonio . La segunda sería análoga a los actínidos: al principio (alrededor de los elementos de la serie 140) se esperarían estados de oxidación muy altos, ya que la capa 6f se eleva por encima de la 7d, pero después los estados de oxidación típicos disminuirían y, a partir de los elementos de la serie 150, los electrones 8p _1/2 dejarían de ser químicamente activos. Debido a que las dos filas están separadas por la adición de una subcapa 5g ¹⁸ completa , también podrían considerarse análogas entre sí. ^{[ 19 ]}^{[ 20 ]}

Como ejemplo de los últimos superactínidos, se espera que el elemento 156 presente principalmente el estado de oxidación +2, debido a su configuración electrónica con electrones 7d ² fácilmente eliminables sobre un núcleo estable [Og]5g ¹⁸ 6f ¹⁴ 8s ² 8p ²_1/2 . Por lo tanto, puede considerarse un congénere más pesado del nobelio , que de igual manera tiene un par de electrones 7s ² fácilmente eliminables sobre un núcleo estable [Rn]5f ¹⁴ , y generalmente se encuentra en el estado +2 (se requieren oxidantes fuertes para obtener nobelio en el estado +3). ^{[ 19 ]} Su primera energía de ionización debería ser de aproximadamente 400 kJ/mol y su radio metálico de aproximadamente 170 picómetros. Con una masa atómica relativa de alrededor de 445 Da, ^{[ 4 ]} debería ser un metal muy pesado con una densidad de alrededor de 26 g/cm ³ .

Elementos 157 a 166

Se espera que los metales de transición 7d del periodo 8 sean los elementos 157 a 166. Aunque los electrones 8s y 8p _1/2 están tan fuertemente ligados en estos elementos que no deberían poder participar en ninguna reacción química, se espera que los niveles 9s y 9p _1/2 estén fácilmente disponibles para la hibridación. ^{[ 4 ]}^{[ 15 ]} Estos elementos 7d deberían ser similares a los elementos 4d desde el itrio hasta el cadmio . ^{[ 19 ]} En particular, el elemento 164 con una configuración electrónica 7d ¹⁰ 9s ⁰ muestra claras analogías con el paladio con su configuración electrónica 4d ¹⁰ 5s ^0.^{[ 16 ]}

No se espera que los metales nobles de esta serie de metales de transición sean tan nobles como sus homólogos más ligeros, debido a la ausencia de una capa s externa para el apantallamiento y también porque la capa 7d se divide fuertemente en dos subcapas debido a efectos relativistas. Esto provoca que las primeras energías de ionización de los metales de transición 7d sean menores que las de sus congéneres más ligeros. ^{[ 4 ]}^{[ 15 ]}^{[ 16 ]}

El interés teórico en la química del unhexquadio está motivado en gran medida por predicciones teóricas que indican que este, especialmente los isótopos ⁴⁷² 164 y ⁴⁸² 164 (con 164 protones y 308 o 318 neutrones ), estaría en el centro de una hipotética segunda isla de estabilidad (la primera centrada en el copernicio , particularmente en los isótopos ²⁹¹ Cn, ²⁹³ Cn y ²⁹⁶ Cn, que se espera que tengan vidas medias de siglos o milenios). ^{[ 89 ]}^{[ 53 ]}^{[ 90 ]}^{[ 91 ]}

Los cálculos predicen que los electrones 7d del elemento 164 (unhexquadio) deberían participar fácilmente en reacciones químicas, de modo que debería poder mostrar estados de oxidación estables de +6 y +4, además del estado normal de +2 en _soluciones acuosas con ligandos fuertes. El elemento 164 debería, por lo tanto _, poder formar compuestos como 164( CO ) _₄ , 164( PF₃ ) _₄ (ambos tetraédricos como los compuestos de paladio correspondientes) y 164( CN ) ^₂⁻² ( lineal ), lo que es un comportamiento muy diferente al del plomo , del cual el elemento 164 sería un homólogo más pesado si no fuera por los efectos relativistas. Sin embargo, el estado divalente sería el principal en solución acuosa (aunque los estados +4 y +6 serían posibles con ligandos más fuertes), y el unhexquadio(II) debería comportarse de manera más similar al plomo que el unhexquadio(IV) y el unhexquadio(VI). ^{[ 15 ]}^{[ 16 ]}

Se espera que el elemento 164 sea un ácido de Lewis blando y tenga un parámetro de blandura de Ahrlands cercano a 4 eV . Debería ser, como máximo, moderadamente reactivo, con una primera energía de ionización que debería ser de alrededor de 685 kJ/mol, comparable a la del molibdeno . ^[⁴^]^[¹⁶^] Debido a las contracciones de lantánidos, actínidos y superactínidos , el elemento 164 debería tener un radio metálico de solo 158 pm , muy cercano al del magnesio , mucho más ligero , a pesar de su peso atómico esperado de alrededor de 474 Da , que es aproximadamente 19,5 veces el peso atómico del magnesio. ^{[ 4 ]} Este pequeño radio y alto peso hacen que se espere que tenga una densidad extremadamente alta de alrededor de 46 g·cm ⁻³ , más del doble que la del osmio , actualmente el elemento más denso conocido, a 22,61 g·cm ⁻³ ; el elemento 164 debería ser el segundo elemento más denso en los primeros 172 elementos de la tabla periódica, siendo solo su vecino unhextrio (elemento 163) más denso (a 47 g·cm ⁻³ ). ^{[ 4 ]} El elemento metálico 164 debería tener una energía cohesiva muy grande ( entalpía de cristalización) debido a sus enlaces covalentes , lo que muy probablemente resulta en un alto punto de fusión. En estado metálico, el elemento 164 debería ser bastante noble y análogo al paladio y al platino . Fricke et al. Sugirieron algunas similitudes formales con el oganesón , ya que ambos elementos tienen configuraciones de capa cerrada y energías de ionización similares, aunque señalan que mientras que el oganesón sería un gas noble muy malo, el elemento 164 sería un buen metal noble. ^{[ 16 ]}

Los elementos 165 (unhexpentio) y 166 (unhexhexio), los dos últimos metales 7d, deberían comportarse de forma similar a los metales alcalinos y alcalinotérreos cuando se encuentran en los estados de oxidación +1 y +2, respectivamente. Los electrones 9s deberían tener energías de ionización comparables a las de los electrones 3s del sodio y el magnesio , debido a efectos relativistas que hacen que los electrones 9s estén mucho más fuertemente ligados de lo que predecirían los cálculos no relativistas. Los elementos 165 y 166 deberían exhibir normalmente los estados de oxidación +1 y +2, respectivamente, aunque las energías de ionización de los electrones 7d son lo suficientemente bajas como para permitir estados de oxidación más altos como +3 para el elemento 165. El estado de oxidación +4 para el elemento 166 es menos probable, creando una situación similar a la de los elementos más ligeros de los grupos 11 y 12 (en particular el oro y el mercurio ). ^{[ 4 ]}^{[ 15 ]} Al igual que con el mercurio, pero no con el copernicio, se espera que la ionización del elemento 166 a 166 ^{2+ dé como resultado una configuración 7d}¹⁰ correspondiente a la pérdida de los electrones s, pero no de los electrones d, lo que lo hace más análogo a los elementos más ligeros "menos relativistas" del grupo 12: zinc, cadmio y mercurio. ^{[ 13 ]}

Elementos 167 a 172

Se espera que los siguientes seis elementos de la tabla periódica sean los últimos elementos del grupo principal en su período, ^{[ 13 ]} y es probable que sean similares a los elementos 5p del indio al xenón . ^{[ 19 ]} En los elementos 167 a 172, las capas 9p _1/2 y 8p _3/2 estarán llenas. Sus autovalores de energía están tan cerca entre sí que se comportan como una subcapa p combinada, similar a las subcapas 2p y 3p no relativistas. Por lo tanto, el efecto del par inerte no ocurre y se espera que los estados de oxidación más comunes de los elementos 167 a 170 sean +3, +4, +5 y +6, respectivamente. Se espera que el elemento 171 (unseptunio) muestre algunas similitudes con los halógenos , mostrando varios estados de oxidación que van de −1 a +7, aunque se espera que sus propiedades físicas sean más cercanas a las de un metal. Se espera que su afinidad electrónica sea de 3,0 eV , lo que le permite formar H171, análogo a un haluro de hidrógeno . Se espera que el ion 171− ^sea una base blanda , comparable al yoduro (I− ⁾ . Se espera que el elemento 172 (unseptio) sea un gas noble con un comportamiento químico similar al del xenón, ya que sus energías de ionización deberían ser muy similares (Xe, 1170,4 kJ/mol; elemento 172, 1090 kJ/mol). La única diferencia principal entre ellos es que se espera que el elemento 172, a diferencia del xenón, sea líquido o sólido a temperatura y presión estándar debido a su peso atómico mucho mayor. ^[⁴^] Se espera que el unseptio sea un ácido de Lewis fuerte , formando fluoruros y óxidos, de forma similar a su congénere más ligero, el xenón. ^[¹⁶^]

Debido a cierta analogía de los elementos 165–172 con los periodos 2 y 3, Fricke et al. consideraron que formaban un noveno periodo de la tabla periódica, mientras que el octavo periodo fue considerado por ellos como el elemento de metal noble 164. Este noveno periodo sería similar al segundo y tercer periodo al no tener metales de transición. ^{[ 16 ]} Dicho esto, la analogía es incompleta para los elementos 165 y 166; aunque comienzan una nueva capa s (9s), esta se encuentra por encima de una capa d, lo que los hace químicamente más similares a los grupos 11 y 12. ^{[ 17 ]}

Más allá del elemento 172

Más allá del elemento 172, existe la posibilidad de llenar las capas 6g, 7f, 8d, 10s, 10p _1/2 y quizás 6h _11/2 . Estos electrones estarían débilmente ligados, lo que podría permitir alcanzar estados de oxidación extremadamente altos, aunque su ligadura se estrecharía a medida que aumenta la carga iónica. Por lo tanto, probablemente habrá otra serie de transición muy larga, como la de los superactínidos. ^{[ 16 ]}

En el elemento 173 (unseptrio), el electrón más externo podría entrar en las subcapas 6g _7/2 , 9p _3/2 o 10s. Debido a que las interacciones espín-órbita crearían una brecha de energía muy grande entre estas y la subcapa 8p _3/2 , se espera que este electrón más externo esté muy débilmente ligado y se pierda muy fácilmente para formar un catión 173 ⁺ . Como resultado, se espera que el elemento 173 se comporte químicamente como un metal alcalino, y uno que podría ser mucho más reactivo incluso que el cesio (el francio y el elemento 119 son menos reactivos que el cesio debido a efectos relativistas): ^{[ 92 ]}^{[ 19 ]} la energía de ionización calculada para el elemento 173 es 3,070 eV, ^{[ 93 ]} en comparación con los 3,894 eV conocidos experimentalmente para el cesio. El elemento 174 (unseptquadio) puede añadir un electrón 8d y formar un catión 174 ²⁺ de capa cerrada ; su energía de ionización calculada es de 3,614 eV. ^{[ 93 ]}

El elemento 184 (unoctquadio) fue objeto de importantes predicciones iniciales, ya que se especuló originalmente que el 184 sería un número mágico de protones: se predice que tiene una configuración electrónica de [172] 6g ⁵ 7f ⁴ 8d ³ , con al menos los electrones 7f y 8d químicamente activos. Se espera que su comportamiento químico sea similar al del uranio y el neptunio , ya que una mayor ionización más allá del estado +6 (correspondiente a la eliminación de los electrones 6g) probablemente no sea beneficiosa; el estado +4 debería ser el más común en solución acuosa, siendo alcanzables los estados +5 y +6 en compuestos sólidos. ^{[ 4 ]}^{[ 16 ]}^{[ 94 ]}

Fin de la tabla periódica

Se desconoce el número de elementos físicamente posibles. Una estimación baja indica que la tabla periódica podría terminar poco después de la isla de estabilidad, ^{[ 14 ]} que se espera que se centre en Z = 126, ya que la extensión de las tablas periódica y de nucleidos está restringida por las líneas de goteo de protones y neutrones y la estabilidad frente a la desintegración alfa y la fisión espontánea. ^{[ 95 ]} Un cálculo de Y. Gambhir et al. , que analiza la energía de enlace nuclear y la estabilidad en varios canales de desintegración, sugiere un límite a la existencia de núcleos ligados en Z = 146. ^{[ 96 ]} Otras predicciones de un final para la tabla periódica incluyen Z = 128 ( John Emsley ) y Z = 155 (Albert Khazan). ^{[ 10 ]}

Elementos con número atómico superior a 137

Entre los físicos, existe la creencia popular de que Richard Feynman sugirió que los átomos neutros no podían existir para números atómicos mayores que Z = 137, basándose en que la ecuación relativista de Dirac predice que la energía del estado fundamental del electrón más interno en dicho átomo sería un número imaginario . Aquí, el número 137 surge como el inverso de la constante de estructura fina . Según este argumento, los átomos neutros no pueden existir más allá del número atómico 137, y por lo tanto, una tabla periódica de los elementos basada en orbitales electrónicos se rompe en este punto. Sin embargo, este argumento presupone que el núcleo atómico es puntual. Un cálculo más preciso debe tener en cuenta el tamaño pequeño, pero no nulo, del núcleo, que se predice que extendería el límite aún más hasta Z ≈ 173. ^[⁹⁷^]

modelo de Bohr

El modelo de Bohr presenta dificultades para átomos con número atómico mayor que 137, ya que la velocidad de un electrón en un orbital electrónico 1s , v , viene dada por

v=Z\alpha c\approx {\frac {Zc}{137.04}}

donde Z es el número atómico y α es la constante de estructura fina , una medida de la intensidad de las interacciones electromagnéticas. ^{[ 98 ]} Bajo esta aproximación, cualquier elemento con un número atómico mayor que 137 requeriría que los electrones 1s viajaran más rápido que c , la velocidad de la luz . Por lo tanto, el modelo no relativista de Bohr es inexacto cuando se aplica a dicho elemento.

Ecuación de Dirac relativista

La ecuación de Dirac relativista da la energía del estado fundamental como

E={\frac {mc^{2}}{\sqrt {1+{\dfrac {Z^{2}\alpha ^{2}}{{\bigg (}{n-\left(j+{\frac {1}{2}}\right)+{\sqrt {\left(j+{\frac {1}{2}}\right)^{2}-Z^{2}\alpha ^{2}}}{\bigg )}}^{2}}}}}},

donde m es la masa en reposo del electrón. ^{[ 99 ]} Para Z > 137, la función de onda del estado fundamental de Dirac es oscilatoria, en lugar de ligada, y no hay brecha entre los espectros de energía positiva y negativa, como en la paradoja de Klein . ^{[ 100 ]} Cálculos más precisos que tienen en cuenta los efectos del tamaño finito del núcleo indican que la energía de enlace supera por primera vez 2 mc ² para Z > Z _cr probablemente entre 168 y 172. ^[¹⁰¹^] Para Z > Z _cr , si el orbital más interno (1s) no está lleno, el campo eléctrico del núcleo extraerá un electrón del vacío , lo que dará como resultado la emisión espontánea de un positrón . ^[¹⁰²^]^[¹⁰³^] Esta inmersión de la subcapa 1s en el continuo negativo se ha tomado a menudo como un "fin" de la tabla periódica, ^[¹³^]^[⁹⁷^]^[¹⁰⁴^] pero de hecho no impone tal límite, ya que tales resonancias pueden interpretarse como estados de Gamow . No obstante, la descripción precisa de tales estados en un sistema multielectrónico, necesaria para extender los cálculos y la tabla periódica más allá de Z _cr ≈ 172, sigue siendo un problema abierto. ^[¹⁰¹^]

Los átomos con números atómicos superiores a Z _cr ≈ 172 se denominan átomos supercríticos . Los átomos supercríticos no pueden ionizarse completamente porque su subcapa 1s se llenaría mediante la creación espontánea de pares, en la que se crea un par electrón-positrón a partir del continuo negativo, con el electrón ligado y el positrón escapando. Sin embargo, el campo intenso alrededor del núcleo atómico se restringe a una región muy pequeña del espacio, de modo que el principio de exclusión de Pauli prohíbe la creación espontánea de pares una vez que se llenan las subcapas que se han sumergido en el continuo negativo. Los elementos 173–184 se denominan átomos débilmente supercríticos, ya que para ellos solo la capa 1s se ha sumergido en el continuo negativo; Se espera que la capa 2p _{1/2 se una alrededor del elemento 185 y la capa 2s alrededor del elemento 245. Hasta el momento, los experimentos no han logrado detectar la creación espontánea de pares a partir del ensamblaje de cargas supercríticas mediante la colisión de núcleos pesados (por ejemplo, la colisión de plomo con uranio produce momentáneamente un}Z efectivo de 174; la colisión de uranio con uranio produce un Z efectivo de 184 y la colisión de uranio con californio produce un Z efectivo de 190). ^{[ 105 ]}

Aunque superar Zcr no significa que los elementos dejen de existir, la creciente concentración de la densidad 1s cerca del núcleo probablemente haría que estos electrones fueran más vulnerables a la captura electrónica K a medida que _{se aproximan a Zcr}_.Para elementos tan pesados, estos electrones 1s probablemente pasarían una fracción significativa de tiempo tan cerca del núcleo que estarían dentro de él. Esto podría suponer otro límite para la tabla periódica. ^[¹⁰⁶^]

Debido al factor m , los átomos muónicos se vuelven supercríticos a un número atómico mucho mayor, alrededor de 2200, ya que los muones son aproximadamente 207 veces más pesados que los electrones. ^{[ 101 ]}

materia de quarks

También se ha planteado la hipótesis de que en la región más allá de A > 300, podría existir un " continente de estabilidad " completo, consistente en una hipotética fase de materia de quarks estable , compuesta por quarks que fluyen libremente hacia arriba y hacia abajo , en lugar de quarks ligados a protones y neutrones. Se teoriza que esta forma de materia es un estado fundamental de la materia bariónica con una mayor energía de enlace por barión que la materia nuclear , lo que favorece la desintegración de la materia nuclear más allá de este umbral de masa en materia de quarks. Si este estado de la materia existe, posiblemente podría sintetizarse en las mismas reacciones de fusión que dan lugar a núcleos superpesados normales, y se estabilizaría frente a la fisión como consecuencia de su enlace más fuerte, suficiente para superar la repulsión de Coulomb. ^{[ 107 ]}

Los cálculos publicados en 2020, ^{[ 108 ]} sugieren la estabilidad de los núcleos de materia de quarks arriba-abajo (udQM) frente a los núcleos convencionales más allá de A ~ 266, y también muestran que los núcleos udQM se vuelven supercríticos antes ( Z _cr ~ 163, A ~ 609) que los núcleos convencionales ( Z _cr ~ 177, A ~ 480).

Propiedades nucleares

Semividas predichas (arriba) y modos de desintegración (abajo) de núcleos superpesados. Se espera que la línea de núcleos ricos en protones sintetizados se rompa poco después de Z = 120, debido a semividas más cortas que 1 microsegundo desde Z = 121 , la contribución creciente de fisión espontánea en lugar de desintegración alfa desde Z = 122 en adelante hasta que domina desde Z = 125, y la línea de goteo de protones alrededor de Z = 130. Los anillos blancos denotan la ubicación esperada de la isla de estabilidad; los dos cuadrados delineados en blanco denotan ²⁹¹Cn y ²⁹³ Cn, que se predice que serán los nucleidos de vida más larga en la isla con semividas de siglos o milenios. ^{[ 66 ]} El cuadrado negro cerca de la parte inferior de la segunda imagen es uranio-238 , el nucleido primordial confirmado más pesado (un nucleido lo suficientemente estable como para haber sobrevivido desde la formación de la Tierra hasta el día de hoy).

Números mágicos y la isla de la estabilidad

La estabilidad de los núcleos disminuye considerablemente con el aumento del número atómico después del curio , elemento 96, de modo que todos los isótopos con un número atómico superior a 101 se desintegran radiactivamente con una vida media inferior a un día. Ningún elemento con números atómicos superiores a 82 (después del plomo ) tiene isótopos estables. ^{[ 109 ]} Sin embargo, debido a razones aún no del todo comprendidas, existe un ligero aumento de la estabilidad nuclear alrededor de los números atómicos 110-114 , lo que da lugar a la aparición de lo que en física nuclear se conoce como la "isla de estabilidad". Este concepto, propuesto por el profesor Glenn Seaborg de la Universidad de California , explica por qué los elementos superpesados duran más de lo previsto. ^[¹¹⁰^]

Los cálculos según el método Hartree-Fock-Bogoliubov utilizando la interacción de Skyrme no relativista han propuesto Z = 126 como una capa de protones cerrada . En esta región de la tabla periódica, N = 184, N = 196 y N = 228 se han sugerido como capas de neutrones cerradas. Por lo tanto, los isótopos de mayor interés son ³¹⁰ 126, ³²² 126 y ³⁵⁴ 126, ya que estos podrían ser considerablemente más largos que otros isótopos. Se predice que el elemento 126, que tiene un número mágico de protones , es más estable que otros elementos en esta región, y puede tener isómeros nucleares con vidas medias muy largas . ^{[ 78 ]} También es posible que la isla de estabilidad esté centrada en ³⁰⁶122 , que puede ser esférica y doblemente mágica . ^{[ 53 ]} Probablemente, la isla de estabilidad se produce alrededor de Z = 114–126 y N = 184, con tiempos de vida probablemente de horas a días. Más allá del cierre de capa en N = 184, los tiempos de vida de fisión espontánea deberían caer drásticamente por debajo de 10 ⁻¹⁵ segundos, demasiado cortos para que un núcleo obtenga una nube electrónica y participe en cualquier reacción química. Dicho esto, dichos tiempos de vida dependen mucho del modelo, y las predicciones varían en muchos órdenes de magnitud. ^{[ 101 ]}

Tomando en cuenta la deformación nuclear y los efectos relativistas, un análisis de los niveles de partículas individuales predice nuevos números mágicos para núcleos superpesados en Z = 126, 138, 154 y 164 y N = 228, 308 y 318. ^{[ 9 ]}^{[ 89 ]} Por lo tanto, además de la isla de estabilidad centrada en ²⁹¹ Cn, ²⁹³ Cn, ^{[ 28 ]} y ²⁹⁸ Fl, pueden existir otras islas de estabilidad alrededor del doblemente mágico ³⁵⁴ 126, así como ⁴⁷² 164 o ⁴⁸² 164. ^{[ 90 ]}^{[ 91 ]} Se predice que estos núcleos son beta-estables y se desintegran por emisión alfa o fisión espontánea con vidas medias relativamente largas, y confieren estabilidad adicional a los isótonos vecinos N = 228 y a los elementos 152–168, respectivamente. ^[¹¹¹^] Por otro lado, el mismo análisis sugiere que los cierres de capas de protones pueden ser relativamente débiles o incluso inexistentes en algunos casos como ³⁵⁴ 126, lo que significa que tales núcleos podrían no ser doblemente mágicos y la estabilidad estará determinada principalmente por fuertes cierres de capas de neutrones. ^[⁸⁹^] Además, debido a las fuerzas enormemente mayores de repulsión electromagnética que debe superar la fuerza fuerte en la segunda isla ( Z = 164), ^[¹¹²^] es posible que los núcleos alrededor de esta región solo existan como resonancias y no puedan permanecer juntos por una cantidad de tiempo significativa. También es posible que algunos de los superactínidos entre estas series no existan realmente porque están demasiado lejos de ambas islas, ^[¹¹²^] en cuyo caso la tabla periódica podría terminar alrededor de Z = 130. ^[¹⁶^] El área de elementos 121–156 donde la periodicidad está en suspenso es bastante similar a la brecha entre las dos islas. ^[¹⁹^]

Más allá del elemento 164, la línea de fisibilidad que define el límite de estabilidad con respecto a la fisión espontánea puede converger con la línea de goteo de neutrones , planteando un límite a la existencia de elementos más pesados. ^{[ 111 ]} Sin embargo, se han predicho otros números mágicos en Z = 210, 274 y 354 y N = 308, 406, 524, 644 y 772, ^{[ 113 ]} con dos núcleos doblemente mágicos beta estables encontrados en ⁶¹⁶ 210 y ⁷⁹⁸ 274; El mismo método de cálculo reprodujo las predicciones para ²⁹⁸ Fl y ⁴⁷² 164. (Los núcleos doblemente mágicos predichos para Z = 354 son inestables beta, siendo ⁹⁹⁸ 354 deficiente en neutrones y ¹¹²⁶ 354 rico en neutrones). Aunque se predice estabilidad adicional hacia la desintegración alfa y la fisión para ⁶¹⁶ 210 y ⁷⁹⁸ 274, con vidas medias de hasta cientos de microsegundos para ⁶¹⁶ 210, ^{[ 113 ]} no existirán islas de estabilidad tan significativas como las predichas en Z = 114 y 164. Como la existencia de elementos superpesados depende en gran medida de los efectos estabilizadores de las capas cerradas, la inestabilidad nuclear y la fisión probablemente determinarán el final de la tabla periódica más allá de estas islas de estabilidad. ^{[ 16 ]}^{[ 96 ]}^{[ 111 ]}

La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) define la existencia de un elemento si su vida media es superior a 10⁻¹⁴ ^segundos , que es el tiempo que tarda el núcleo en formar una nube electrónica. Sin embargo, generalmente se considera que existe un nucleido si su vida media es superior a unos 10⁻²² ^segundos , que es el tiempo que tarda en formarse la estructura nuclear . En consecuencia, es posible que algunos valores de Z solo se puedan realizar en nucleidos y que los elementos correspondientes no existan. ^{[ 106 ]}

También es posible que no existan más islas más allá de 126, ya que la estructura de capas nucleares se difumina (como se espera que la estructura de capas electrónicas esté alrededor del oganesón) y los modos de desintegración de baja energía se vuelven fácilmente disponibles. ^{[ 114 ]}

En algunas regiones de la tabla de nucleidos, se espera que existan regiones adicionales de estabilidad debido a núcleos no esféricos que tienen números mágicos diferentes a los de los núcleos esféricos; el ²⁷⁰Hs con forma de huevo ( Z = 108, N = 162) es uno de esos núcleos doblemente mágicos deformados. ^{[ 115 ]} En la región superpesada, la fuerte repulsión de Coulomb de los protones puede hacer que algunos núcleos, incluidos los isótopos del oganesón, asuman una forma de burbuja en el estado fundamental con una densidad central reducida de protones, a diferencia de la distribución aproximadamente uniforme dentro de la mayoría de los núcleos más pequeños. ^{[ 116 ]}^{[ 117 ]} Sin embargo, dicha forma tendría una barrera de fisión muy baja. ^{[ 118 ]} Incluso los núcleos más pesados en algunas regiones, como ³⁴² 136 y ⁴⁶⁶ 156, pueden adoptar una forma toroidal o similar a la de un glóbulo rojo , con sus propios números mágicos e islas de estabilidad, pero también se fragmentarían fácilmente. ^{[ 119 ]}^{[ 120 ]}

Propiedades de desintegración previstas de elementos no descubiertos

Como se cree que la isla principal de estabilidad se encuentra alrededor de ²⁹¹ Cn y ²⁹³ Cn, los elementos no descubiertos más allá del oganesón pueden ser muy inestables y sufrir desintegración alfa o fisión espontánea en microsegundos o menos. Se desconoce la región exacta en la que las vidas medias superan un microsegundo, aunque varios modelos sugieren que los isótopos de elementos más pesados que el unbinilio que pueden producirse en reacciones de fusión con blancos y proyectiles disponibles tendrán vidas medias inferiores a un microsegundo y, por lo tanto, podrían no ser detectados. ^{[ 66 ]} Se predice consistentemente que habrá regiones de estabilidad en N = 184 y N = 228, y posiblemente también en Z ~ 124 y N ~ 198. Estos núcleos pueden tener vidas medias de unos pocos segundos y sufrir predominantemente desintegración alfa y fisión espontánea, aunque también pueden existir ramas menores de desintegración beta-plus (o captura electrónica ). ^{[ 121 ]} Fuera de estas regiones de estabilidad mejorada, se espera que las barreras de fisión disminuyan significativamente debido a la pérdida de efectos de estabilización, lo que resulta en vidas medias de fisión por debajo de 10 ⁻¹⁸ segundos, especialmente en núcleos par-par para los cuales la impedancia es aún menor debido al apareamiento de nucleones . ^{[ 111 ]} En general, se espera que las vidas medias de desintegración alfa aumenten con el número de neutrones, desde nanosegundos en los isótopos más deficientes en neutrones hasta segundos más cerca de la línea de estabilidad beta . ^{[ 44 ]} Para núcleos con solo unos pocos neutrones más que un número mágico, la energía de enlace disminuye sustancialmente, lo que resulta en una ruptura en la tendencia y vidas medias más cortas. ^{[ 44 ]} Los isótopos más deficientes en neutrones de estos elementos también pueden no estar ligados y experimentar emisión de protones . También se ha propuesto la desintegración de cúmulos (emisión de partículas pesadas) como un modo de desintegración alternativo para algunos isótopos, ^{[ 122 ]} lo que supone otro obstáculo para la identificación de estos elementos.

Configuraciones electrónicas

A continuación se muestran las configuraciones electrónicas esperadas de los elementos 119–174 y 184. El símbolo [Og] indica la probable configuración electrónica del oganesón (Z = 118), que actualmente es el último elemento conocido. Las configuraciones de los elementos en esta tabla se escriben comenzando con [Og] porque se espera que el oganesón sea el último elemento anterior con una configuración de capa cerrada (gas inerte), 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ¹⁰ 5p ⁶ 6s ^{2 4f}¹⁴ 5d ¹⁰ 6p ⁶ 7s ² 5f 14 ^6d¹⁰ 7p ⁶ . De manera similar, el [172] en las configuraciones para los elementos 173, 174 y 184 denota la probable configuración de capa cerrada del elemento 172.

Más allá del elemento 123, no se dispone de cálculos completos y, por lo tanto, los datos de esta tabla deben tomarse como tentativos . ^{[ 16 ]}^{[ 92 ]}^{[ 123 ]} En el caso del elemento 123, y quizás también de elementos más pesados, se predice que varias configuraciones electrónicas posibles tienen niveles de energía muy similares, de modo que es muy difícil predecir el estado fundamental . Se incluyen todas las configuraciones que se han propuesto (ya que se entendió que la regla de Madelung probablemente deja de funcionar aquí). ^{[ 85 ]}^{[ 123 ]}^{[ 124 ]}

Las asignaciones de bloques predichas hasta el elemento 172 son las de Kulsha, ^{[ 21 ]} siguiendo los orbitales de valencia disponibles esperados. Sin embargo, no existe consenso en la literatura sobre cómo deberían funcionar los bloques después del elemento 138.

Véase también

Referencias

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