Darmstadtium

De nombreux pays et continents prêtent leur nom à des éléments chimiques (comme le germanium, le francium ou l’américium), mais très peu de villes jouissent de ce privilège. En 2003, l’IUPAC a accepté d’honorer la ville de Darmstadt, dans l’État de Hesse, pour avoir accueilli et soutenu le laboratoire GSI pendant des décennies. Darmstadt est ainsi devenue l’une des très rares villes au monde immortalisées directement dans une case du tableau périodique des éléments.

Dans presque tous les éléments métalliques, les électrons se placent selon un ordre énergétique prévisible. Mais dans le darmstadtium, les effets de la relativité attirent et accélèrent tellement ses électrons que la couche externe 7s se remplit à l’avance de deux électrons stables. Cela rend ses atomes plus compacts et chimiquement plus nobles que ne le suggéreraient les règles habituelles.

En 1994, les physiciens de Darmstadt ont tiré pendant des semaines un faisceau de billions d’ions nickel lourds contre une mince feuille de plomb. La probabilité que deux noyaux entrent en collision avec la force et l’angle exacts pour fusionner sans être détruits était infinitésimale. Après d’innombrables collisions, un seul atome de darmstadtium s’est formé et a été détecté par ses signaux de désintégration avant de disparaître en millièmes de seconde.

Pendant des années, les laboratoires rivaux doutaient que la technique de fusion froide mise au point en Allemagne puisse dépasser l’élément 108 en raison de la chute exponentielle de la probabilité de fusion. La réussite de la découverte du darmstadtium en 1994 et du roentgenium quelques semaines plus tard a démontré que les noyaux doublement magiques du plomb-208 maintenaient une barrière de fusion exceptionnellement favorable, consolidant la suprématie technique du séparateur SHIP du GSI.

Le premier isotope découvert en 1994, le darmstadtium-269, vivait à peine une fraction de milliseconde en raison d’une instabilité sévère due à un excès relatif de protons. En revanche, le darmstadtium-281 contient cent soixante et onze neutrons, s’approchant de l’île projetée de stabilité nucléaire. Cette plus grande proportion de neutrons amortit la répulsion électrostatique nucléaire, ralentissant la désintégration par fission spontanée et prolongeant sa survie à près de treize secondes complètes.

Le darmstadtium est produit atome par atome et ses isotopes se désintègrent rapidement. Pour étudier sa chimie, les scientifiques doivent créer l’atome, le transporter vers l’équipement et observer comment il interagit avec d’autres substances avant qu’il ne disparaisse. La rareté des atomes empêche les tests répétés comme dans un laboratoire conventionnel. C’est pourquoi la plupart de son comportement est estimé par des calculs et des comparaisons avec les éléments voisins.

Le darmstadtium se situe sous le platine dans le groupe 10, mais ses propriétés chimiques n’ont pas été mesurées avec suffisamment de détail pour affirmer qu’il est plus résistant à la corrosion. Les calculs suggèrent que les effets relativistes pourraient modifier sa réactivité et le rendre différent des métaux plus légers du groupe. Toute comparaison avec le platine reste provisoire, puisqu’aucun échantillon visible n’est disponible pour des tests conventionnels.