Flerovium : Propriétés et utilisations des éléments

Le flérovium : Propriétés physiques et utilisations

Le flérovium (symbole chimique Fl, numéro atomique 114) est un élément synthétique superlourd appartenant au groupe 14 du tableau périodique, membre de la famille du carbone avec le silicium, le germanium, l'étain et le plomb. Il a été synthétisé pour la première fois en 1998 à l'Institut commun de recherche nucléaire (JINR) de Dubna, en Russie. Il n'existe qu'à l'état de traces infimes dans les laboratoires et est très instable, ses isotopes ayant une durée de vie de quelques millisecondes à quelques secondes. Malgré cette existence éphémère, la recherche sur le flérovium nous donne des indications précieuses sur la physique nucléaire, la chimie relativiste et les limites du tableau périodique.

Propriétés atomiques et physiques

Leflérovium est un élément du bloc p post-transition dont les propriétés ont été en grande partie calculées théoriquement puisque très peu d'atomes ont été synthétisés.

Voici quelques propriétés remarquables :

- Numéro atomique : 114

- Symbole : Fl

- Configuration électronique (estimée) : [Rn] 5f¹⁴ 6d¹⁰ 7s² 7p²

- Masse atomique (isotope le plus stable, Fl-289) : 289 u

- Point de fusion et point d'ébullition : Estimés respectivement à ~200-300°C et ~400-500°C

- Densité : Estimée à 14-16 g/cm³

La contraction relativiste des électrons 7p fait que le flérovium se comporte différemment des éléments plus légers du groupe 14. Ces effets seraient à l'origine de la faible réactivité et de la volatilité revendiquées, et le flérovium ne ressemble pas au plomb, qui est un métal post-transition stable et tout aussi réactif.

Propriétés chimiques Description

Il existe peu de données expérimentales, mais des études chimiques sur des atomes isolés montrent que le flérovium possède les propriétés suivantes

- des états d'oxydation : +2 stable par rapport à +4, par opposition aux +2 et +4 plus habituels du plomb.

- Inertie : Les études d'interaction avec la surface de l'or montrent une faible adsorption, comme prévu avec un caractère de métal noble, ce qui n'est pas habituel pour un élément du groupe 14.

- Composés prévus : FlCl₂, FlF₂, et peut-être FlO, très similaires à certains composés chimiques du plomb, mais moins en raison de la stabilisation relativiste des électrons.

Comparaison :

- Plomb (Pb) : états d'oxydation +2 et +4 ; forme PbO, PbCl₂, PbSO₄.

- Etain (Sn) : états d'oxydation +2 et +4 ; forme SnO, SnO₂, SnCl₄.

- Flérovium : Préfère vraisemblablement +2, liaison métallique plus lâche et volatilité, s'écartant du comportement normal du groupe 14.

Isotopes

Tous les isotopes du flérovium sont radioactifs. Les principaux isotopes sont les suivants :

Le Fl-289 a également été utilisé dans le cadre de recherches pionnières sur la chimie à un seul atome, au cours desquelles 5 à 10 atomes ont été fabriqués simultanément afin d'examiner les phénomènes d'adsorption et les tendances en matière de liaison chimique.

Synthèse

Le flérovium est préparé exclusivement dans des accélérateurs de particules par des réactions de fusion nucléaire. Par exemple, le flérovium est préparé dans des accélérateurs de particules par des réactions de fusion nucléaire :

Exemple de réaction :

Pu-244 + Ca-48 → Fl-292* → Fl-289 + 3n

Dans cette réaction, des cibles de plutonium sont bombardées par des ions calcium de haute énergie. Les noyaux superlourds formés émettent des particules alpha et il est confirmé qu'ils donnent du flérovium par la détection de chaînes de désintégration vers des isotopes reconnus comme le copernicium (Cn, élément 112).

Comparaison avec le plomb et d'autres éléments du groupe 14

Les propriétés théoriques du flérovium mettent en évidence les effets de stabilisation relativiste dans les éléments superlourds:

1. La métallicité : Bien que le plomb soit un métal mou et hautement conducteur, le flérovium sera volatil et peu métallique en raison de la contraction relativiste des orbitales 7p.

2. Réactivité : Le plomb se combine avec l'oxygène, les acides et les halogènes pour former du PbO, du PbCl₂ et du PbF₂. Les composés +2 du flérovium sont moins réactifs ; par exemple, FlCl₂ est plus volatil et moins bien lié que PbCl₂.

3. Préférence pour l'état d'oxydation : Le plomb a une préférence pour les états d'oxydation +2 et +4, alors que le flérovium est supposé avoir une préférence pour +2 en raison d'effets relativistes, ce qui n'est pas en accord avec les tendances périodiques.

Étude de cas : Les atomes de flérovium d'une expérience à un seul atome déposés sur la surface d'un détecteur plaqué or n'ont pas réussi à s'adsorber. Contrairement au plomb et à sa liaison métallique avec les surfaces, les atomes de flérovium se sont comportés pratiquement comme des gaz nobles, comme la théorie le prévoyait pour un caractère métallique réduit.

Utilisations et applications

En raison de son extrême instabilité, le flérovium ne présente aucun intérêt commercial. Sa valeur est purement scientifique :

- Physique nucléaire : Découverte de "l'île de stabilité" et confirmation des modèles de coquilles nucléaires. Les isotopes du flérovium sont des composés intermédiaires impliqués dans la synthèse d'éléments plus lourds comme le Livermorium (Lv, numéro atomique 116).

- Chimie relativiste : Recherche sur les effets des électrons relativistes sur les anomalies de tendance du groupe 14.

- Recherche sur les matériaux super-lourds : Les études sur un seul atome fournissent des données sur l'adsorption, la volatilité et la liaison dans les superlourds.

Considérations de sécurité

Le flérovium est radioactif, mais les risques utiles sont insignifiants : les expériences ne produisent qu'une poignée d'atomes à la fois et se désintègrent en quelques secondes. Les précautions habituelles de laboratoire contre les radiations sont prises dans les laboratoires d'accélérateurs de particules.

Conclusion

Leflérovium occupe une position unique dans le tableau périodique, entre la chimie normale et les limites de la physique nucléaire. Bien qu'il ait hérité des tendances du groupe 14 de l'étain et du plomb, il se distingue par ses propriétés volatiles, faiblement métalliques et inertes.

Bien qu'il n'y ait pas d'utilisation industrielle, la contribution du flérovium à la croissance du tableau périodique, au mépris de la théorie chimique relativiste, et à la synthèse pionnière des éléments lourds est inestimable. Le flérovium reste un atout pour la science, car il démontre l'interaction subtile entre les forces nucléaires, le mouvement des électrons et la périodicité chimique.