Flérovium

Flérovium
Nihonium ← Flérovium → Moscovium
Pb
  Structure cristalline hexagonale compacte
 
114		 Fl
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
↑
Fl
↓
—
Tableau complet • Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole Fl
Nom Flérovium
Numéro atomique 114
Groupe 14
Période 7e période
Bloc Bloc p
Famille d'éléments Indéterminée
Configuration électronique [Rn] 5f14 6d10 7s2 7p2
Électrons par niveau d’énergie Peut-être[1] 2, 8, 18, 32, 32, 18, 4
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique [289]
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
284Fl{syn.}2,5+1,8
−0,8 ms		FS
285Fl{syn.}125 msα10,41(5)281Cn
286Fl{syn.}0,13 s60 % FS
40 % α		—
10,19		—
282Cn
287Fl{syn.}0,48 sα10,02283Cn
288Fl{syn.}0,8 sα9,94284Cn
289Fl{syn.}2,6 sα9,82 9,48285Cn
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire Présumé solide[1]
Masse volumique 14 g·cm-3[2]
Système cristallin Hexagonal compact[3] (prédiction)
Divers
No CAS 54085-16-4[4]
Précautions
Élément radioactif
Radioélément à activité notable
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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Le flérovium (symbole Fl) est l'élément chimique de numéro atomique 114. Il correspond à l'ununquadium (Uuq) de la dénomination systématique de l'IUPAC, et est encore appelé élément 114 dans la littérature. Il a été synthétisé pour la première fois en décembre 1998 par une réaction 244Pu (48Ca, 3n) 289Fl au Flerov Laboratory for Nuclear Reactions (FLNR) de l'Institut unifié de recherches nucléaires (JINR) situé à Doubna, dans l'oblast de Moscou. L'IUPAC a validé son identification le 1er juin 2011[5] et lui a donné son nom définitif le 30 mai 2012[6] en référence au FLNR.

Il s'agit d'un transactinide très radioactif, dont l'isotope le plus stable, le 289Fl, a une période radioactive d'environ 2,6 s. Il posséderait cependant un isomère nucléaire 289mFl dont la demi-vie atteindrait plusieurs dizaines de secondes, ce qui serait la plus longue jamais observée pour un élément superlourd. Selon la théorie MM (Microscopic-Macroscopic) décrivant le noyau atomique, l'isotope 298Fl, avec le « nombre magique » de 184 neutrons, pourrait être au centre d'un îlot de stabilité prédit par le modèle en couches de la structure nucléaire des atomes.

Le flérovium présenterait des affinités avec la famille des métaux pauvres, bien qu'on ait initialement suspecté un comportement de gaz rare induit par une configuration électronique modifiée par des effets quantiques de couplage spin-orbite et d'électrodynamique quantique[7].

La validation par l'IUPAC de l'observation du flérovium est la suite logique de celle de la caractérisation du copernicium, qui impliquait de facto la validation des données expérimentales relatives au flérovium à travers la chaîne de désintégrations[8] :

.

Synthèse[modifier | modifier le code]

Une équipe de l'Institut unifié de recherches nucléaires (JINR) à Doubna en Russie a publié[9] en janvier 1999 avoir bombardé une cible de plutonium 244 avec des ions calcium 48, produisant un unique atome identifié comme du 289Fl avec une désintégration α à 9,67 MeV en 30 s. Cette observation n'a toutefois pas pu être renouvelée, et on suppose qu'il pourrait s'agir d'un isomère métastable 289mFl.

La même équipe a publié[10] en juillet 1999 avoir remplacé la cible de plutonium 244 par du plutonium 242 afin de produire d'autres isotopes et obtenu deux atomes de 287Fl avec une désintégration α à 10,29 MeV en 5,5 s. Là encore, l'observation n'a pu être renouvelée, et on l'attribue à un possible isomère métastable 287mFl.

La synthèse à présent confirmée des premiers noyaux de flérovium a été réalisée en juin 1999 lorsque la même équipe a repris l'expérience réalisée avec le plutonium 244 : deux atomes de flérovium ont été à nouveau produits, avec une désintégration α à 9,82 MeV en 2,6 s[11]. Cette observation a été attribuée dans un premier temps à du 288Fl en raison des observations précédentes, mais une analyse approfondie a permis de l'attribuer de façon certaine à du 289Fl[8].

48
20Ca + 244
94Pu ⟶ 292
114Fl* ⟶ 289
114Fl + 3 1
0n.

La période radioactive théorique de la désintégration α des isotopes du flérovium est conforme aux observations[12],[13]. L'isotope 298Fl aurait une période radioactive théorique de 17 jours[14],[15].

La synthèse du 283Cn, publiée en mai 2009[16], est venue confirmer indirectement les résultats obtenus précédemment sur le 287Fl (ainsi que sur le 291Lv).

Le tableau ci-dessous résume l'état de l'art en matière de production d'isotopes du flérovium :

Ion Cible Isotope Statut de l'expérience
76Ge 208Pb 284Fl Échec[17]
54Cr 232Th 286Fl Réaction non publiée
50Ti 238U 288Fl Réaction non publiée
48Ca 244Pu 292Fl Succès
48Ca 242Pu 290Fl Succès
48Ca 239Pu 287Fl Réaction non publiée
40Ar 248Cm 288Fl Réaction non publiée
36S 249Cf 285Fl Réaction non publiée

Propriétés[modifier | modifier le code]

Des expériences assez complexes d'adsorption de 287Fl sur de l'or ont été réalisées au printemps 2007 par des équipes du Flerov Laboratory for Nuclear Reactions (FLNR, au sein du JINR à Dubna, en Russie) et de l'Institut Paul Scherrer (PSI, dans le canton d'Argovie, en Suisse), qui ont suggéré un comportement en accord avec celui attendu pour un gaz rare volatil[18] ; ces résultats viennent appuyer des études théoriques indiquant que le flérovium pourrait avoir le comportement d'un gaz rare en raison d'effets relativistes dans son cortège électronique qui en modifieraient la configuration[7].

Îlot de stabilité : isotope 298 du flérovium[modifier | modifier le code]

La théorie MM (Microscopic-Macroscopic) décrivant la structure nucléaire suggère de rechercher l'hypothétique « îlot de stabilité » autour du nucléide 298Fl, qui serait « doublement magique » avec 114 protons et 184 neutrons. Cela pousse à créer des isotopes de flérovium plus riches en neutrons que ceux synthétisés jusqu'à présent, qui demeurent très instables et se désintègrent par fission spontanée (produisant une variété de radionucléides), désintégration α, émission de positron ou capture électronique (donnant de l'élément 113). La difficulté est alors de trouver la combinaison de l'ion lourd et de la cible qui permettra de synthétiser un noyau comportant exactement 184 neutrons pour 114 protons : il faudrait par exemple utiliser des ions calcium 50 sur une cible plutonium 248 pour avoir le compte juste, ce qui n'est pas envisageable compte tenu de l'extrême difficulté à obtenir des quantités suffisantes de 50Ca et surtout de 248Pu. L'idée alternative serait alors de procéder à la quasi-fusion de noyaux massifs, en misant sur le caractère stabilisateur des couches nucléaires saturées qui tendrait à orienter les réactions nucléaires vers la production de noyaux doublement sphériques, via par exemple la réaction :

204
80Hg + 136
54Xe ⟶ 298
114Fl + 40
20Ca + 2 1
0n

dans laquelle les nucléides 298Fl et 40Ca sont « doublement magiques » — du moins si 114 est bien un nombre magique de protons dans un noyau ayant 184 neutrons comme l'affirme la théorie MM.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. ↑ a et b (en) Darleane C. Hoffman, Diana M. Lee et Valeria Pershina, « Transactinide Elements and Future Elements », The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements,‎ , p. 1652-1752 (ISBN 978-94-007-0210-3, DOI 10.1007/978-94-007-0211-0_14, Bibcode 2011tcot.book.1652H, lire en ligne)
  2. ↑ (en) Burkhard Fricke, « Superheavy elements a prediction of their chemical and physical properties », Structure and Bonding, vol. 21,‎ , p. 89-144 (DOI 10.1007/BFb0116498, lire en ligne)
  3. ↑ (en) Andreas Hermann, Jürgen Furthmüller, Heinz W. Gäggeler et Peter Schwerdtfeger, « Spin-orbit effects in structural and electronic properties for the solid state of the group-14 elements from carbon to superheavy element 114 », Physicar Review B, vol. 82, no 15,‎ , article no 155116 (DOI 110.1103/PhysRevB.82.155116, Bibcode 2010PhRvB..82o5116H, lire en ligne)
  4. ↑ Mark Winter, « WebElements – Element 114 », The University of Sheffield & WebElements Ltd, UK, (consulté le )
  5. ↑ (en) « IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry – 9 juin 2011 »(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?) (consulté le ) « News: Discovery of the Elements with Atomic Number 114 and 116. » DOI 10.1351/PAC-REP-10-05-01
  6. ↑ (en) IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry – 30 mai 2012 « Element 114 is Named Flerovium and Element 116 is Named Livermorium »
  7. ↑ a et b (en) Gas Phase Chemistry of Superheavy Elements : Conférence de Heinz W. Gäggeler, Novembre 2007 — Page consultée le 07/07/2009.
  8. ↑ a et b (en) Oganessian et al., « Measurements of cross sections for the fusion-evaporation reactions 244Pu(48Ca,xn)292−x114 and 245Cm(48Ca,xn)293−x116 » dans Phys. Rev. C, vol. 6, n° 9, 2004, p. 054607. Lien direct consulté le 03/03/2008.
  9. ↑ (en) Oganessian et al., « Synthesis of Superheavy Nuclei in the 48Ca + 244Pu Reaction », dans Phys. Rev. Lett., vol. 83, 1999, p. 3154-3157(4). Lien direct consulté le 3 mars 2008.
  10. ↑ (en) Oganessian et al., « Synthesis of nuclei of the superheavy element 114 in reactions induced by 48Ca », dans Nature, vol. 400, 15/07/1999, p. 242-245(4). Lien direct consulté le 03/03/2008.
  11. ↑ (en) Oganessian et al., Synthesis of superheavy nuclei in the 48Ca+244Pu reaction: 288114 dans Phys. Rev. C, vol. 62, 2000, p. 041604. Lien direct consulté le 03/03/2008.
  12. ↑ (en) P. Roy Chowdhury, C. Samanta, D. N. Basu, « α decay half-lives of new superheavy elements », Phys. Rev. C, vol. 73,‎ , p. 014612 (DOI 10.1103/PhysRevC.73.014612, lire en ligne)
  13. ↑ (en) C. Samanta, P. Roy Chowdhury, D. N. Basu, « Predictions of alpha decay half lives of heavy and superheavy elements », Nucl. Phys. A, vol. 789,‎ , p. 142–154 (DOI 10.1016/j.nuclphysa.2007.04.001, lire en ligne)
  14. ↑ (en) P. Roy Chowdhury, C. Samanta, D. N. Basu, « Search for long lived heaviest nuclei beyond the valley of stability », Phys. Rev. C, vol. 77,‎ , p. 044603 (DOI 10.1103/PhysRevC.77.044603, lire en ligne)
  15. ↑ (en) P. Roy Chowdhury, C. Samanta, D. N. Basu, « Nuclear half-lives for α-radioactivity of elements with 100 ≤ Z ≤ 130 », At. Data & Nucl. Data Tables, vol. 94,‎ , p. 781–806 (DOI 10.1016/j.adt.2008.01.003, lire en ligne)
  16. ↑ « Discovery of the element with atomic number 112 »(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?) (consulté le )
  17. ↑ Par fusion froide en 2003 au GANIL de Caen, dans le Calvados
  18. ↑ (en) Rapport 2008 du FLNR au JINR : « Chimie des éléments 112 et 114 », p. 87, consulté le 08/07/2009.

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