Le proprietà chimiche di due degli elementi sintetici più pesanti, il moscovio e il nihonio, sono state finalmente stabilite. Il moscovio, attualmente, è l’elemento più pesante di cui abbiamo conoscenza delle proprietà chimiche. Entrambi gli elementi si sono rivelati essere moderatamente reattivi, tuttavia la creazione di composti utili con essi è ancora ostacolata dalle loro emivite incredibilmente brevi.
L’era nucleare ha portato con sé la capacità di produrre elementi transuranici, che occupano posizioni successive all’uranio nella tavola periodica. Sebbene sia probabile che questi elementi si formino durante esplosioni di supernove e kilonove insieme ad elementi più comuni, le loro emivite così brevi impediscono loro di sopravvivere sulla Terra dopo tali eventi.
Alcune delle prime scoperte di elementi transuranici si sono dimostrate abbastanza stabili da poter essere studiate approfonditamente e persino avere applicazioni pratiche, come nel caso del plutonio e dell’americio. Tuttavia, man mano che i nuclei diventano più pesanti, le emivite tendono a diminuire, anche se questa correlazione non è perfetta.
L’isotopo più longevo del moscovio ha un’emivita inferiore al secondo, richiedendo quindi una produzione significativa per condurre esperimenti che richiedano anche solo un minuto di studio. Il nihonio-286 ha un’emivita relativamente più lunga di 9,5 secondi, ma il tempo è comunque un fattore critico.
Di conseguenza, le conoscenze sulle interazioni degli elementi più recenti con gli altri sono ancora limitate. Tuttavia, i chimici accettano le sfide e un team dell’Associazione Helmholtz dei Centri di Ricerca Tedeschi ha esaminato la reattività degli elementi 113 (nihonio) e 115 (moscovio), dopo aver già studiato il 114 (flerovio) in precedenza.
Il comportamento di questi elementi è particolarmente interessante poiché i nuclei così massicci accelerano gli elettroni, portandoli a circolare a velocità significative vicine a quella della luce. Questo comportamento richiede l’applicazione della teoria speciale della relatività per comprendere il comportamento degli elettroni esterni.
La tavola periodica è stata creata basandosi su schemi osservati nella chimica degli elementi, permettendo di prevedere il comportamento chimico di un elemento guardando quelli sopra di esso nella tavola. Tuttavia, il flerovio, situato direttamente sotto il piombo, si comporta in modo diverso da quanto ci si aspetterebbe.
Nonostante le differenze con il piombo, i ricercatori hanno scoperto somiglianze tra flerovio e piombo quando considerati insieme ai loro vicini. Nihonio e moscovio si sono dimostrati entrambi più reattivi del flerovio, proprio come tallio e bismuto lo sono rispetto al piombo.
Per condurre l’esperimento, il team ha bombardato lastre di americio-243 con fasci di ioni di calcio-48 per creare il moscovio-288, che si trasforma brevemente in nihonio-284 attraverso decadimento alfa. I prodotti erano troppo rari e di breve durata per essere testati con metodi chimici convenzionali, quindi è stato utilizzato un gas inerte per trasportarli su un rilevatore di quarzo.
Una volta che gli atomi si sono decaduti in roentgenio e oltre, il team ha potuto osservare il comportamento di legame di questi atomi. Il primo autore, il Dr. Alexander Yakushev, ha dichiarato che sono stati in grado di migliorare l’efficienza e ridurre il tempo necessario per la separazione chimica, consentendo di studiare il moscovio-288 e il nihonio-284.
Sono state necessarie sette settimane per studiare il comportamento di legame di 14 atomi di nihonio e solo quattro atomi di moscovio nello stesso periodo. Anche se la quantità è limitata, il fatto che non tutti gli atomi si siano legati saldamente al quarzo, raggiungendo invece un rilevatore d’oro, ha confermato che entrambi gli elementi sono meno reattivi dei loro corrispettivi nella tavola.
Gli autori hanno concluso che un effetto relativistico potenziato nel piombo fa sì che il flerovio si comporti quasi come un gas nobile, legandosi debolmente ad altri elementi. Anche se l’effetto è più evidente nel flerovio, si riflette anche sul nihonio e sul moscovio, rendendoli solo moderatamente reattivi.
Il copernicio (elemento 112) è stato precedentemente dimostrato essere meno reattivo rispetto agli elementi studiati in questo esperimento. Se gli atomi di flerovio durassero più a lungo, potrebbero essere utili come sostituti del piombo in applicazioni come le batterie.
Al momento, è difficile immaginare applicazioni pratiche per questi elementi, ma la comprensione della loro chimica potrebbe portare a scoperte di nuove applicazioni per elementi più stabili. Lo studio è stato pubblicato su Frontiers in Chemistry.
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