Unsur transaktinida

Penyintesisan inti superberat

Inti atom terberat^[a] dibuat dalam reaksi nuklir yang menggabungkan dua inti lain yang ukurannya tidak sama^[b] menjadi satu; secara kasar, semakin tidak sama kedua inti dalam hal massa, semakin besar kemungkinan keduanya bereaksi.^[11] Bahan yang terbuat dari inti yang lebih berat dijadikan target, yang kemudian dibombardir oleh berkas dari inti yang lebih ringan. Dua inti dapat berfusi menjadi satu hanya jika mereka cukup dekat satu sama lain; biasanya, inti (semua bermuatan positif) menolak satu sama lain karena adanya tolakan elektrostatis. Interaksi yang kuat dapat mengatasi tolakan ini, tetapi hanya dalam jarak yang sangat dekat dari inti; inti berkas demikian sangat dipercepat untuk membuat tolakan tersebut tidak signifikan dibandingkan dengan kecepatan inti berkas.^[12] Energi yang diterapkan pada inti berkas untuk mempercepatnya dapat menyebabkannya mencapai kecepatan setinggi sepersepuluh dari kecepatan cahaya. Namun, jika terlalu banyak energi diterapkan, inti berkas bisa hancur berantakan.^[12]

Mendekat saja tidak cukup untuk dua inti berfusi: ketika dua inti saling mendekat, mereka biasanya tetap bersama selama kira-kira 10⁻²⁰ detik dan kemudian berpisah (tidak harus dalam komposisi yang sama seperti sebelum reaksi) dan bukan membentuk satu inti.^[12][13] Hal ini terjadi karena selama upaya pembentukan inti tunggal, tolakan elektrostatis merobek inti yang sedang terbentuk.^[12] Setiap pasang target dan berkas dicirikan oleh penampang lintangnya—probabilitas bahwa fusi akan terjadi jika dua inti mendekati satu sama lain yang dinyatakan dalam luasan melintang yang harus ditabrak oleh partikel yang datang agar fusi dapat terjadi.^[c] Fusi ini dapat terjadi sebagai akibat dari efek kuantum di mana inti dapat menembus melalui tolakan elektrostatis. Jika dua inti dapat tetap berdekatan selama melewati fase tersebut, interaksi nuklir berlipat menghasilkan redistribusi energi dan kesetimbangan energi.^[12]

Video luar

Visualisasi fusi nuklir yang gagal, berdasarkan perhitungan oleh Universitas Nasional Australia[15]

Penggabungan yang dihasilkan adalah keadaan tereksitasi^[16]—disebut inti majemuk—dan karenanya ia sangat tidak stabil.^[12] Untuk mencapai keadaan yang lebih stabil, penggabungan sementara dapat membelah tanpa membentuk inti yang lebih stabil.^[17] Alternatifnya, inti majemuk dapat mengeluarkan beberapa neutron, yang akan membawa pergi energi eksitasi; jika yang terakhir tidak cukup untuk ekspulsi neutron, penggabungan akan menghasilkan sinar gama. Ini terjadi kira-kira 10⁻¹⁶ detik setelah tumbukan nuklir awal dan menghasilkan pembentukan inti yang lebih stabil.^[17] Definisi dari Pihak Kerja Bersama IUPAC/IUPAP menyatakan bahwa suatu unsur kimia hanya dapat dikenali sebagai "ditemukan" jika intinya tidak meluruh dalam waktu 10⁻¹⁴ detik. Nilai ini dipilih sebagai perkiraan berapa lama waktu yang dibutuhkan inti untuk memperoleh elektron terluarnya dan dengan demikian menunjukkan sifat kimianya.^[18][d]

Peluruhan dan deteksi

Berkas tersebut melewati target dan mencapai ruang berikutnya, pemisah; jika inti baru dihasilkan, ia akan dibawa dengan berkas ini.^[20] Di dalam pemisah, inti yang baru dihasilkan dipisahkan dari nuklida lain (yang berasal dari berkas asli dan produk reaksi lainnya)^[e] dan dipindahkan ke pendeteksi perintang permukaan, yang menghentikan inti. Lokasi pasti dari tumbukan yang akan datang pada detektor ditandai; energi dan waktu kedatangannya juga ditandai.^[20] Pemindahan ini memakan waktu sekitar 10⁻⁶ detik; agar dapat dideteksi, inti harus bertahan selama ini.^[23] Inti dicatat lagi setelah peluruhannya dicatat, dan lokasi, energi, dan waktu peluruhannya diukur.^[20]

Stabilitas sebuah inti disediakan oleh interaksi yang kuat. Namun, jangkauannya sangat pendek; ketika inti menjadi lebih besar, pengaruhnya terhadap nukleon (proton dan neutron) terluar melemah. Pada saat yang sama, inti terkoyak oleh tolakan elektrostatis antar proton, karena jangkauannya tidak terbatas.^[24] Energi pengikatan total yang diberikan oleh interaksi kuat meningkat secara linear dengan jumlah nukleon, sedangkan tolakan elektrostatis meningkat dengan kuadrat nomor atom, yaitu yang terakhir tumbuh lebih cepat dan menjadi semakin penting untuk inti berat dan superberat.^[25][26] Dengan demikian, inti dari unsur-unsur terberat diprediksi secara teoritis^[27] dan sejauh ini telah diamati^[28] meluruh terutama melalui mode peluruhan yang disebabkan oleh tolakan seperti: peluruhan alfa dan fisi spontan;^[f] Hampir semua pemancar alfa memiliki lebih dari 210 nukleon,^[30] dan nuklida teringan yang utamanya mengalami fisi spontan memiliki 238.^[31] Dalam kedua mode peluruhan, inti dihambat agar tidak meluruh melalui perintang energi yang sesuai untuk setiap mode, tetapi mereka dapat ditembus.^[25][26]

Partikel alfa umumnya diproduksi dalam peluruhan radioaktif karena massa partikel alfa per nukleon cukup kecil untuk menyisakan sejumlah energi bagi partikel alfa yang akan digunakan sebagai energi kinetik untuk meninggalkan inti.^[33] Fisi spontan disebabkan oleh tolakan elektrostatis yang merobek inti dan menghasilkan berbagai inti dalam contoh berbeda dari pembelahan inti yang identik.^[26] Dengan bertambahnya nomor atom, fisi spontan dengan cepat menjadi lebih penting: waktu paruh fisi spontan berkurang 23 kali lipat dari uranium (unsur 92) hingga nobelium (unsur 102),^[34] dan 30 kali lipat dari torium (unsur 90) hingga fermium (unsur 100).^[35] Model tetesan cair sebelumnya memperkirakan bahwa fisi spontan akan terjadi hampir seketika karena hilangnya perintang fisi untuk inti dengan sekitar 280 nukleon.^[26][36] Model kulit nuklir selanjutnya menunjukkan bahwa inti dengan sekitar 300 nukleon akan membentuk pulau stabilitas di mana inti akan lebih tahan terhadap fisi spontan dan utamanya akan mengalami peluruhan alfa dengan waktu paruh yang lebih lama.^[26][36] Penemuan selanjutnya menunjukkan bahwa pulau yang diprediksi mungkin lebih jauh dari perkiraan semula; mereka juga menunjukkan bahwa inti perantara antara aktinida berumur panjang dan pulau yang diprediksi mengalami deformasi, dan mendapatkan stabilitas tambahan dari efek kulit.^[37] Eksperimen pada inti superberat yang lebih ringan,^[38] serta yang lebih dekat ke pulau yang diperkirakan,^[34] telah menunjukkan stabilitas yang lebih besar dari yang diperkirakan sebelumnya terhadap fisi spontan, menunjukkan pentingnya efek kulit pada inti.^[g]

Peluruhan alfa dicatat oleh partikel alfa yang dipancarkan, dan produk peluruhannya mudah ditentukan sebelum peluruhan yang sebenarnya; jika peluruhan seperti itu atau serangkaian peluruhan berurutan menghasilkan inti yang diketahui, produk asli dari suatu reaksi dapat dengan mudah ditentukan.^[h] (Bahwa semua peluruhan dalam rantai peluruhan memang terkait satu sama lain ditentukan oleh lokasi peluruhan ini, yang harus berada di tempat yang sama.)^[20] Inti yang diketahui dapat dikenali dari karakteristik spesifik peluruhan yang dialaminya seperti energi peluruhan (atau lebih khusus, energi kinetik dari partikel yang dipancarkan).^[i] Namun, fisi spontan menghasilkan berbagai inti sebagai produk, sehingga nuklida asli tidak dapat ditentukan dari turunannya.^[j]

Informasi yang tersedia bagi fisikawan yang ingin menyintesis salah satu unsur superberat adalah informasi yang dikumpulkan pada pendeteksi: lokasi, energi, waktu kedatangan partikel ke pendeteksi, dan peluruhannya. Fisikawan menganalisis data ini dan berusaha menyimpulkan bahwa itu memang disebabkan oleh unsur baru dan tidak mungkin disebabkan oleh nuklida yang berbeda dari yang diklaim. Seringkali, data yang diberikan tidak cukup untuk kesimpulan bahwa unsur baru pasti dibuat dan tidak ada penjelasan lain untuk efek yang teramati; terjadi kesalahan penginterpretasian data.^[k]

Prediksi awal

Unsur terberat yang diketahui pada akhir abad ke-19 adalah uranium, dengan massa atom kira-kira 240 (sekarang dikenal pada 238) sma. Karenanya, ia ditempatkan di baris terakhir tabel periodik; ini memicu spekulasi tentang kemungkinan adanya unsur yang lebih berat dari uranium dan mengapa A = 240 tampaknya menjadi batasnya. Menyusul penemuan gas mulia, dimulai dengan argon pada tahun 1895, kemungkinan anggota golongan yang lebih berat dipertimbangkan. Pada tahun 1895, kimiawan Denmark Julius Thomsen mengusulkan keberadaan gas mulia keenam dengan Z = 86, A = 212 dan ketujuh dengan Z = 118, A = 292, penutup terakhir periode 32 unsur yang mengandung torium dan uranium.^[49] Pada tahun 1913, fisikawan Swedia Johannes Rydberg memperluas ekstrapolasi tabel periodik Thomsen untuk memasukkan unsur-unsur yang lebih berat dengan nomor atom hingga 460, tetapi dia tidak percaya bahwa unsur-unsur superberat itu ada atau terjadi di alam.^[50]

Pada tahun 1914, fisikawan Jerman Richard Swinne mengusulkan bahwa unsur-unsur yang lebih berat dari uranium, seperti yang berada di sekitar Z = 108, dapat ditemukan dalam sinar kosmik. Dia menyatakan bahwa unsur-unsur ini belum tentu memiliki waktu paruh yang menurun dengan meningkatnya nomor atom, yang mengarah pada spekulasi tentang kemungkinan beberapa unsur berumur panjang di Z = 98–102 dan Z = 108–110 (meskipun dipisahkan oleh unsur berumur pendek). Swinne menerbitkan prediksi ini pada tahun 1926, percaya bahwa unsur-unsur tersebut mungkin ada pada inti bumi, pada meteorit besi, atau pada lapisan es Greenland di mana mereka telah dikurung dari asal kosmik mereka.^[51]

Penemuan

Pekerjaan yang dilakukan dari tahun 1961 hingga 2013 di empat laboratorium – Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley di AS, Institut Bersama untuk Riset Nuklir di USSR (kemudian Rusia), Pusat Penelitian Ion Berat GSI Helmholtz di Jerman, dan Riken di Jepang – mengidentifikasi dan mengonfirmasi unsur lawrensium hingga oganeson sesuai dengan kriteria Pihak Kerja Transfermium dan Pihak Kerja Bersama IUPAC–IUPAP berikutnya. Penemuan ini melengkapi baris ketujuh dari tabel periodik. Dua transaktinida yang tersisa, ununenium (Z = 119) dan unbinilium (Z = 120), belum disintesis. Mereka akan memulai periode kedelapan.

Daftar unsur

• 103 Lawrensium, Lr (dari Ernest Lawrence); kadang-kadang tetapi tidak selalu disertakan^[1][2]
• 104 Ruterfordium, Rf (dari Ernest Rutherford)
• 105 Dubnium, Db (dari kota Dubna, dekat Moskow)
• 106 Seaborgium, Sg (dari Glenn T. Seaborg)
• 107 Bohrium, Bh (dari Niels Bohr)
• 108 Hasium, Hs (dari Hassia [Hessen], lokasi Darmstadt)
• 109 Meitnerium, Mt (dari Lise Meitner)
• 110 Darmstadtium, Ds (dari Darmstadt)
• 111 Roentgenium, Rg (dari Wilhelm Röntgen)
• 112 Kopernisium, Cn (dari Nicolaus Copernicus)
• 113 Nihonium, Nh (dari Nihon [Jepang], lokasi institut Riken)
• 114 Flerovium, Fl (dari fisikawan Rusia Georgy Flyorov)
• 115 Moskovium, Mc (dari Moskow)
• 116 Livermorium, Lv (dari Laboratorium Nasional Lawrence Livermore)
• 117 Tenesin, Ts (dari Tennessee, lokasi Laboratorium Nasional Oak Ridge)
• 118 Oganeson, Og (dari fisikawan Rusia Yuri Oganessian)

Karena waktu paruhnya yang pendek (misalnya, isotop seaborgium paling stabil yang diketahui memiliki waktu paruh hanya 14 menit, dan waktu paruh berkurang secara bertahap dengan bertambahnya nomor atom) dan rendahnya hasil reaksi nuklir yang menghasilkannya, metode baru harus dibuat untuk menentukan kimia fase gas dan larutannya berdasarkan sampel yang sangat kecil dari beberapa atom masing-masing. Efek relativistik menjadi sangat penting di wilayah tabel periodik ini, menyebabkan orbital 7s terisi, orbital 7p kosong, dan orbital 6d pengisi semuanya berkontraksi ke dalam menuju inti atom. Hal ini menyebabkan stabilisasi relativistik elektron 7s dan membuat orbital 7p dapat diakses dalam keadaan eksitasi rendah.^[4]

Unsur 103 hingga 112, lawrensium sampai kopernisium, membentuk deret 6d dari unsur transisi. Bukti eksperimental menunjukkan bahwa unsur 103–108 berperilaku seperti yang diperkirakan untuk posisinya dalam tabel periodik, sebagai homolog lutesium hingga osmium yang lebih berat. Mereka diperkirakan memiliki jari-jari ionik antara homolog logam transisi 5d dan pseudohomolog aktinidanya: misalnya, Rf⁴⁺ dihitung memiliki jari-jari ionik 76 pm, antara nilai Hf⁴⁺ (71 pm) dan Th⁴⁺ (94 pm). Ion mereka juga harus kurang terpolarisasi dibandingkan dengan homolog 5d ​​mereka. Efek relativistik diperkirakan akan mencapai maksimum pada akhir deret ini, pada roentgenium (unsur 111) dan kopernisium (unsur 112). Namun demikian, banyak sifat penting dari unsur transaktinida yang masih belum diketahui secara eksperimental, walaupun perhitungan teoretis telah dilakukan.^[4]

Unsur 113 hingga 118, nihonium sampai oganeson, seharusnya membentuk deret 7p, melengkapi periode ketujuh dalam tabel periodik. Sifat kimia mereka akan sangat dipengaruhi oleh stabilisasi relativistik yang sangat kuat dari elektron 7s dan efek kopling spin–orbit yang kuat "merobek" subkulit 7p menjadi dua bagian, satu lebih stabil (7p_1/2, menahan dua elektron) dan satu lagi lebih tak stabil (7p_3/2, menahan empat elektron). Keadaan oksidasi yang lebih rendah harus distabilkan di sini, melanjutkan tren golongan, karena elektron 7s dan 7p_1/2 menunjukkan efek pasangan lengai. Unsur-unsur ini diperkirakan sebagian besar terus mengikuti tren golongan, meskipun dengan efek relativistik memainkan peran yang semakin besar. Secara khusus, pemisahan 7p yang besar menghasilkan penutupan kulit yang efektif di flerovium (unsur 114) dan karenanya aktivitas kimia yang jauh lebih tinggi dari yang diperkirakan untuk oganeson (unsur 118).^[4]

Unsur 118 adalah unsur terakhir yang telah disintesis. Dua unsur berikutnya, unsur 119 dan unsur 120, seharusnya membentuk deret 8s dan masing-masing merupakan logam alkali dan alkali tanah. Elektron 8s diperkirakan akan stabil secara relativistik, sehingga kecenderungan reaktivitas yang lebih tinggi ke bawah golongan ini akan berbalik dan mereka akan berperilaku lebih seperti homolog periode 5 mereka, rubidium dan stronsium. Orbital 7p_3/2 masih terdestabilisasi secara relativistik, berpotensi memberikan unsur-unsur ini jari-jari ionik yang lebih besar dan bahkan mungkin dapat berpartisipasi secara kimiawi. Di wilayah ini, elektron 8p juga distabilkan secara relativistik, menghasilkan konfigurasi elektron valensi 8s²8p¹ keadaan dasar untuk unsur 121. Perubahan besar diperkirakan terjadi pada struktur subkulit dari unsur 120 ke unsur 121: misalnya, jari-jari orbital 5g akan turun drastis, dari 25 satuan Bohr pada unsur 120 pada konfigurasi [Og] 5g¹ 8s¹ menjadi 0,8 Bohr satuan Bohr pada unsur 121 pada konfigurasi [Og] 5g¹ 7d¹ 8s¹ tereksitasi, dalam fenomena yang disebut "keruntuhan radial". Unsur 122 seharusnya menambahkan elektron 7d atau 8p lagi ke konfigurasi elektron unsur 121. Unsur 121 dan 122 masing-masing seharusnya serupa dengan aktinium dan torium.^[4]

Pada unsur 121, deret superaktinida diperkirakan akan dimulai, ketika elektron 8s dan subkulit pengisi 8p_1/2, 7d_3/2, 6f_5/2, dan 5g_7/2 menentukan kimia unsur-unsur ini. Perhitungan yang lengkap dan akurat tidak tersedia untuk unsur-unsur di atas 123 karena situasi yang sangat rumit:^[52] orbital 5g, 6f, dan 7d seharusnya memiliki tingkat energi yang kira-kira sama, dan di wilayah unsur 160, orbital 9s, 8p_3/2, dan 9p_1/2 seharusnya juga memiliki energi yang sama. Hal ini akan menyebabkan kulit elektron bercampur sehingga konsep blok tidak lagi berlaku dengan baik, dan juga akan menghasilkan sifat kimia baru yang akan membuat penempatan unsur-unsur ini dalam tabel periodik menjadi sangat sulit; unsur 164 diperkirakan akan mencampurkan sifat golongan 10, 12, dan 18.^[4]

Telah diperkirakan bahwa unsur-unsur setelah Z = 126 disebut "setelah unsur superberat" (beyond superheavy elements).^[53]

• Kondensat Bose–Einstein (juga dikenal sebagai Superatom)
• Pulau stabilitas

• Audi, G.; Kondev, F. G.; Wang, M.; et al. (2017). "The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties". Chinese Physics C. 41 (3). 030001. Bibcode:2017ChPhC..41c0001A. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001. 
       pp. 030001-1–030001-17, pp. 030001-18–030001-138, Table I. The NUBASE2016 table of nuclear and decay properties
• Beiser, A. (2003). Concepts of modern physics (edisi ke-6). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-244848-1. OCLC 48965418. 
• Hoffman, D. C.; Ghiorso, A.; Seaborg, G. T. (2000). The Transuranium People: The Inside Story. World Scientific. ISBN 978-1-78-326244-1. 
• Kragh, H. (2018). From Transuranic to Superheavy Elements: A Story of Dispute and Creation. Springer. ISBN 978-3-319-75813-8. 
• Zagrebaev, V.; Karpov, A.; Greiner, W. (2013). "Future of superheavy element research: Which nuclei could be synthesized within the next few years?". Journal of Physics: Conference Series. 420 (1). 012001. arXiv:1207.5700  . Bibcode:2013JPhCS.420a2001Z. doi:10.1088/1742-6596/420/1/012001  . ISSN 1742-6588.