Flérovium

C’est une région hypothétique où certains noyaux superlourds pourraient durer plus longtemps que d’autres. Les modèles prédisent que certaines combinaisons de protons et de neutrons apporteraient une stabilité supplémentaire. Le flérovium est étudié dans ce contexte, mais il n’a pas encore été démontré qu’une île avec des éléments durables au sens quotidien existe. Étudier de nouveaux isotopes aide à vérifier ces prédictions.

Le calcium-48 est un isotope naturel miraculeux pour la physique nucléaire : il possède vingt protons et vingt-huit neutrons, étant doublement magique. Cette symétrie quantique lui confère une rigidité exceptionnelle et un grand excès de neutrons sans être radioactif. Lorsqu’il est tiré contre des cibles d’actinides telles que le plutonium-244, le calcium-48 apporte les neutrons indispensables pour atteindre la région des éléments superlourds sans être détruit par une fission prématurée lors de la collision.

Dans des expériences au cyclotron de Doubna, des atomes individuels de flérovium ont été transportés par de l’hélium gazeux au-dessus d’une matrice de détecteurs en silicium recouverts d’or soumis à un gradient de température cryogénique. Le flérovium n’a pas adhéré à température ambiante comme le plomb, mais a voyagé jusqu’à des détecteurs à −90 °C avant de s’adsorber faiblement. Cette expérience a confirmé expérimentalement que le flérovium est un élément extraordinairement volatil par rapport au plomb.

Les calculs théoriques avancés de chimie computationnelle avec des équations relativistes de Dirac-Fock indiquent que l’énergie requise pour désécranner les deux électrons de l’orbitale 7p₁/₂ et les promouvoir au niveau 7p₃/₂ est insurmontable pour les oxydants chimiques ordinaires. Par conséquent, des molécules telles que le tétrafluorure de flérovium (FlF₄) seraient thermodynamiquement instables et se décomposeraient spontanément en difluorure et en fluor gazeux, confirmant que la chimie tétravalente traditionnelle du carbone ne gouverne pas le flérovium.

Le flérovium se situe sous le plomb dans le groupe 14, mais ses atomes sont beaucoup plus lourds. Les effets relativistes peuvent modifier l’énergie de ses électrons externes et les faire participer moins à certaines réactions. C’est pourquoi les calculs prédisent que le flérovium pourrait être moins réactif et plus volatil que le plomb. Cependant, seuls quelques atomes ont été étudiés et de nombreuses de ses propriétés restent incertaines.

Dans les atomes lourds, le couplage relativiste entre le spin magnétique de l’électron et son mouvement orbital sépare énergétiquement les orbitales p en deux sous-couches avec des moments angulaires j=1/2 et j=3/2. Dans le flérovium, l’écart énergétique entre 7p₁/₂ et 7p₃/₂ dépasse trois électronvolts. Par conséquent, promouvoir des électrons pour former des composés tétravalents (+4) tels que le tétrachlorure de plomb est énergétiquement non viable, limitant sa chimie à des liaisons divalentes ou neutres.

Georgy Flyorov fut l’un des physiciens nucléaires les plus brillants du XXe siècle. En 1940, il a découvert la fission spontanée de l’uranium et en 1942 a écrit une célèbre lettre secrète à Staline alertant sur l’absence d’articles atomiques dans les revues occidentales, stimulant ainsi le programme nucléaire soviétique. En 1957, il a fondé le Laboratoire des réactions nucléaires de Doubna, pionnier incontesté de la synthèse des transactinides pendant plus de cinq décennies.