Livermorium: Proprietà e usi degli elementi

Introduzione

Il Livermorium (Lv, numero atomico 116) è un elemento artificiale superpesante del gruppo calcogeno della tavola periodica. È stato sintetizzato per la prima volta nel 2000 da un team di scienziati americani e russi presso il Joint Institute for Nuclear Research (JINR) di Dubna, in Russia, insieme al Lawrence Livermore National Laboratory. Il nome livermorium è stato dato ufficialmente all'elemento nel 2012 per onorare il ruolo del laboratorio Lawrence Livermore nella scoperta degli elementi superpesanti.

Nonostante sia prodotto solo in pochi atomi alla volta, il livermorium offre agli scienziati un'opportunità unica di studiare la stabilità nucleare, gli effetti relativistici e il comportamento degli elettroni nei nuclei superpesanti che non possono essere studiati negli elementi presenti in natura.

Storia e denominazione

La sintesi del livermorium è stata un'estensione di uno sforzo generale per produrre elementi oltre l'uranio (elementi transuranici). I ricercatori hanno bombardato bersagli di curio-248 con ioni calcio-48 in acceleratori di particelle per produrre isotopi di livermorio-293 e livermorio-292. Gli isotopi hanno un'emivita di circa 60-70 millisecondi, che riflette l'estrema instabilità dei nuclei superpesanti.

Il nome "livermorium" ricorda il Lawrence Livermore National Laboratory per la sua posizione all'avanguardia nella sintesi di elementi superpesanti e nella fisica nucleare.

Proprietà chimiche

A causa della sua natura superpesante e del breve tempo di dimezzamento, le proprietà chimiche del livermorium sono per lo più teoriche. Ci si aspetta che sia simile al tellurio e al polonio, gli altri membri del gruppo 16, e che formi stati di ossidazione -2, per esempio. Tuttavia, gli effetti relativistici alterano gravemente i suoi orbitali elettronici, il che potrebbe rendere il legame e la reattività diversi da quelli osservati per i calcogeni più leggeri.

Ci si aspetta che mostri un carattere metallico, a differenza delle sue controparti più leggere del gruppo 16, e che possa anche dare composti volatili in condizioni sperimentali.

Per ulteriori proprietà potenziali e note del livermorium, consultare Stanford Advanced Materials (SAM).

Metodi di produzione

Il livermorium è sintetizzato da reazioni di fusione nucleare in acceleratori di particelle:

1. Preparazione del bersaglio: Vengono preparati bersagli di attinidi pesanti come il curio-248 o il plutonio-244.

2. Bombardamento del proiettile: Un fascio di ioni calcio-48 viene accelerato e bombardato sul bersaglio per indurre la fusione.

3. Rilevamento e identificazione: Gli atomi di Livermorium che si formano sono immediatamente identificati attraverso la spettroscopia alfa e le catene di decadimento, poiché gli isotopi decadono in millisecondi.

- Esempio di caso: Il team di Dubna, nella prima sintesi del 2000, ha identificato quattro atomi di livermorium-292, confermando la sua creazione e consentendo il monitoraggio delle catene di decadimento che terminano con i noti isotopi di piombo e bismuto.

La resa è estremamente bassa, anche meno di dieci atomi per esperimento, e richiede intensità del fascio, precisione dell'energia e stabilità del bersaglio.

Usi del Livermorium

Il Livermorium non ha usi potenziali a causa della sua elevata radioattività e del suo breve tempo di dimezzamento. Il Livermorium ha un'utilità principalmente scientifica, in quanto fornisce informazioni su:

-Stabilità nucleare: Gli esperimenti con il Livermorium stabiliscono l'"isola di stabilità" degli elementi superpesanti e influenzano le previsioni per gli isotopi più longevi.

- Chimica teorica: L'elemento facilita la dimostrazione dei modelli quantistici relativistici del comportamento fisico e chimico nei nuclei superpesanti.

- Metodologie di fisica nucleare: La sintesi del livermorium ha favorito gli sviluppi nella tecnologia degli acceleratori di particelle, nelle tecniche di rilevamento dei decadimenti alfa e nella separazione degli isotopi.

Esempio di caso: Nel 2015, i ricercatori hanno utilizzato isotopi di livermorium sintetizzati per confermare le catene di decadimento teoriche calcolate utilizzando modelli di guscio nucleare. Ciò ha avuto un ruolo cruciale nel fornire dati per elementi modellati sulla stabilità Z > 110, per informare gli sforzi futuri per sintetizzare elementi superpesanti a vita più lunga come l'oganesson (Og, Z=118).

Domande frequenti

Come si produce il livermorium?

Attraverso la fusione nucleare, bombardando bersagli di attinidi pesanti (plutonio o curio) con ioni calcio-48 in acceleratori di particelle.

Che cosa rende instabile il livermorium?

Il suo nucleo superpesante è sottoposto a un'estrema repulsione di Coulomb e ha quindi un'emivita molto breve (millisecondi).

Quali sono le sue proprietà chimiche?

In gran parte teoriche, ma simili a quelle degli elementi del gruppo 16, anche se fortemente influenzate dagli effetti degli elettroni relativistici, è probabile che presentino un carattere metallico.

Perché la sua produzione è importante?

La produzione di livermorium spinge i limiti della chimica nucleare, perfezionando i metodi di rilevazione e studio degli elementi superpesanti.

Quali sono le applicazioni del livermorium nella ricerca?

Fornisce preziose informazioni sulle forze nucleari, sui meccanismi di decadimento e sull'ipotetica isola di stabilità, costituendo la base per le indagini sugli elementi superpesanti.

Ha un'utilità pratica?

Non ancora: la sua utilità è puramente nella ricerca di frontiera, in quanto aiuta gli scienziati a sviluppare modelli di struttura atomica e stabilità nucleare.