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L'élément le plus lourd doit complètement renverser les règles de la chimie au lycée

Ryan F. Mandelbaum Dec 19, 2018. 16 comments

Dans le coin inférieur droit du tableau périodique se trouve un monde fantastique. Jusqu'à récemment, les noms de ces éléments insaisissables n'étaient que des traductions sophistiquées de leurs numéros. Ils sont énormes et ne peuvent être produits que dans le laboratoire. Ils ne restent que quelques secondes au maximum avant de se décomposer radioactivement en éléments plus petits.

Et lorsque des chercheurs de la Michigan State University, ainsi que de la Nouvelle-Zélande et de la Norvège, ont essayé de déduire les propriétés de l'élément le plus lourd, oganesson, c'était aussi étrange que vous pouvez l'imaginer.

Par leurs calculs publiés dans Physical Review Letters , ils montrent que «[oganesson] est un ajout plutôt inhabituel au tableau périodique». En fait, l'élément pourrait manquer complètement une structure de couche électronique.

Cours de chimie rapide: le tableau périodique comporte 118 éléments. Normalement, les atomes de chacun comprennent un proton et un neutron dans un noyau appelé le noyau. Le nombre de protons détermine l'identité de l'élément. Chacun a ensuite un certain nombre d'électrons entourant le noyau.

Les règles de la mécanique quantique disent que ces électrons ne gravitent pas vraiment autour de la Terre, mais sont plutôt susceptibles d'apparaître dans des régions spéciales. Chaque région reçoit un nombre, le «niveau d'énergie» et une lettre, sa forme. Les électrons remplissent ces régions dans un ordre spécial. Les deux premiers apparaissent dans une région appelée «1», en forme de sphère. Les prochains sont en 2, également en forme de sphère. Ensuite, il y a 2p (trois haltères à angle droit), qui contient six électrons. Cela inclut les formes orbitales d et f, qui contiennent respectivement 10 et 14 électrons.

Oganesson, si elle suivait les règles, aurait ses électrons organisés en (prend une profonde respiration) 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d et 7p. La coque 7p complétée signifie qu'il devrait s'agir d'un «gaz rare», potentiellement avec des propriétés similaires au xénon ou au néon.

Mais les éléments lourds ne suivent pas les règles. Les électrons les plus externes des atomes les plus gros doivent voyager assez vite pour ne pas tomber dans le noyau, écrit Angela Wilson, un chimiste du Michigan spécialisé dans la recherche dans le domaine de la Physics.   Cela signifie qu'un ensemble différent de lois physiques, les lois de la relativité restreinte, entre en jeu. La couleur de l'or et les bas points de fusion du mercure proviennent de ces effets relativistes, a-t-elle écrit.

Et oganesson devrait être tout aussi étrange. Les physiciens ont essayé de prédire ses propriétés en se basant sur des calculs du comportement de ses électrons. Il s'avère qu'ils devraient agir comme un type spécial de gaz d'électrons, ou de gaz de Thomas Fermi, autour du noyau. Ces énormes atomes pourraient ne plus avoir ces niveaux d'énergie bien définis. Ce n'est pas comme le xénon ou le néon du tout.

Fondamentalement, Oganesson est si gros qu'il jetterait complètement les règles du lycée sur la manière dont les électrons s'organisent autour des atomes par la fenêtre.

Bien que la théorie reste simple, ces résultats sont importants, a écrit Wilson: «Ces informations importantes sur la structure de la coque électronique et nucléonique d’oganesson ouvrent la voie à des recherches théoriques plus poussées sur ses propriétés inhabituelles. Les résultats remarquables peuvent également encourager les expérimentateurs à développer des instruments et des expériences permettant de nouvelles études sur les propriétés chimiques et physiques des éléments extrêmement lourds. "

Donc, si, comme moi, vous avez passé du temps à vous émerveiller devant ces éléments étranges et fugaces du tableau périodique, vous avez de bonnes raisons. Ils sont probablement aussi bizarres que vous avez imaginé.

[ PRL via la physique ]

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