Livermorium : Propriétés et utilisations des éléments

Introduction

Le livermorium (Lv, numéro atomique 116) est un élément artificiel superlourd du groupe chalcogène du tableau périodique. Il a été synthétisé pour la première fois en 2000 par une équipe de scientifiques américains et russes du Joint Institute for Nuclear Research (JINR) à Dubna, en Russie, en collaboration avec le Lawrence Livermore National Laboratory. Le nom de livermorium a été officiellement donné à l'élément en 2012 pour honorer le rôle du laboratoire Lawrence Livermore dans la découverte des éléments superlourds.

Bien qu'il ne soit produit qu'en quelques atomes à la fois, le livermorium offre aux scientifiques une occasion unique d'étudier la stabilité nucléaire, les effets relativistes et le comportement des électrons dans les noyaux superlourds, qui ne peuvent être étudiés dans les éléments naturels.

Histoire et dénomination

La synthèse du livermorium s'inscrit dans le prolongement d'un effort général visant à produire des éléments au-delà de l'uranium (éléments transuraniens). Les chercheurs ont bombardé des cibles de curium-248 avec des ions calcium-48 dans des accélérateurs de particules pour produire des isotopes de livermorium-293 et livermorium-292. Ces isotopes ont des demi-vies d'environ 60-70 millisecondes, ce qui témoigne de l'extrême instabilité des noyaux super-lourds.

Le nom "livermorium" commémore le Lawrence Livermore National Laboratory pour sa position à l'avant-garde de la synthèse des éléments superlourds et de la physique nucléaire.

Propriétés chimiques

En raison de sa nature superlourde et de sa courte demi-vie, les propriétés chimiques du livermorium sont essentiellement théoriques. On s'attend à ce qu'il soit similaire au tellure et au polonium, les autres membres du groupe 16, et qu'il forme des états d'oxydation -2, par exemple. Cependant, les effets relativistes modifient fortement ses orbitales électroniques, ce qui peut rendre la liaison et la réactivité différentes de celles observées pour les chalcogènes plus légers.

On s'attend à ce qu'il présente un caractère métallique, contrairement à ses homologues plus légers du groupe 16, et qu'il puisse même donner des composés volatils dans des conditions expérimentales.

Pour en savoir plus sur les propriétés potentielles et connues du livermorium, consultez le site Stanford Advanced Materials (SAM).

Méthodes de production

Le livermorium est synthétisé par des réactions de fusion nucléaire dans des accélérateurs de particules :

1. Préparation de la cible : Des cibles d'actinides lourds tels que le curium-248 ou le plutonium-244 sont préparées.

2. Bombardement de projectiles : Un faisceau d'ions calcium-48 est accéléré et bombardé sur la cible pour induire la fusion.

3. Détection et identification : Les atomes de livermorium formés sont immédiatement identifiés par la spectroscopie alpha et les chaînes de désintégration, car les isotopes se désintègrent en quelques millisecondes.

- Exemple de cas : L'équipe de Dubna, lors de la première synthèse de 2000, a identifié quatre atomes de livermorium-292, confirmant sa création et permettant le suivi des chaînes de désintégration qui aboutissent finalement aux isotopes familiers que sont le plomb et le bismuth.

Le rendement est extrêmement faible, même inférieur à dix atomes par expérience, ce qui nécessite l'intensité du faisceau, la précision de l'énergie et la stabilité de la cible.

Utilisations du Livermorium

Le livermorium n'a pas d'utilisation potentielle en raison de sa radioactivité élevée et de sa courte demi-vie. Il est principalement utilisé à des fins scientifiques et permet d'obtenir des informations sur les points suivants

-la stabilité nucléaire : Les expériences avec le Livermorium établissent l'"îlot de stabilité" des éléments super-lourds et influencent les prévisions pour les isotopes à plus longue durée de vie.

- Chimie théorique : L'élément facilite la démonstration des modèles quantiques relativistes du comportement physique et chimique dans les noyaux superlourds.

- Méthodologies de la physique nucléaire : La synthèse du livermorium a favorisé le développement de la technologie des accélérateurs de particules, des techniques de détection de la désintégration alpha et de la séparation des isotopes.

Exemple de cas : En 2015, des chercheurs ont utilisé des isotopes synthétisés de livermorium pour confirmer les chaînes de désintégration théoriques calculées à l'aide de modèles d'enveloppe nucléaire. Cela a joué un rôle crucial dans la fourniture de données pour les éléments à stabilité modélisée Z > 110, afin d'informer les futurs efforts de synthèse d'éléments superlourds à plus longue durée de vie tels que l'oganesson (Og, Z=118).

Questions fréquemment posées

Comment fabrique-t-on le livermorium ?

Par fusion nucléaire, en bombardant des cibles d'actinides lourds (plutonium ou curium) avec des ions calcium-48 dans des accélérateurs de particules.

Qu'est-ce qui rend le livermorium instable ?

Son noyau super lourd est soumis à une répulsion de Coulomb extrême, ce qui lui confère une demi-vie très brève (quelques millisecondes).

Quelles sont ses propriétés chimiques ?

Largement théoriques, mais similaires à celles des éléments du groupe 16, bien que fortement influencées par les effets des électrons relativistes, elles sont susceptibles de présenter un caractère métallique.

Pourquoi sa production est-elle importante ?

La production de livermorium repousse les limites de la chimie nucléaire, en affinant les méthodes de détection et d'étude des éléments superlourds.

Quelles sont les applications du livermorium dans la recherche ?

Il fournit des informations précieuses sur les forces nucléaires, les mécanismes de désintégration et l'hypothétique îlot de stabilité, qui constituent la base des recherches sur les éléments superlourds.

A-t-il des applications pratiques ?

Pas encore. Son utilité est purement liée à la recherche exploratoire, car il aide les scientifiques à développer des modèles de structure atomique et de stabilité nucléaire.