Hassium

Le hassium est un élément superlourd créé artificiellement et produit en quantités extrêmement faibles. Les scientifiques ont étudié certains de ses composés et les ont comparés à ceux de l’osmium, situé au-dessus de lui dans le même groupe. Les résultats concordent largement avec les tendances attendues, ce qui indique que le tableau périodique reste utile même pour les éléments très lourds.

Les scientifiques produisent le hassium dans des accélérateurs et transportent rapidement les atomes vers un système d’analyse. Ils peuvent alors les faire réagir avec l’oxygène pour former un composé volatil et observer à quelle température celui-ci reste retenu sur une surface. La position du dépôt fournit des indications sur ses propriétés chimiques. Comme les atomes se désintègrent rapidement, le processus est automatisé et les conclusions sont tirées à partir de signaux extrêmement faibles.

Les calculs de chimie quantique relativiste indiquent que, si de la vapeur de tétroxyde de hassium est introduite dans une solution aqueuse concentrée d’hydroxyde de sodium, la liaison Hs-O est suffisamment électrophile pour capter des ions hydroxyde et former le complexe anionique dihydroxotétraoxohassiate ([HsO₄(OH)₂]²⁻). Des expériences exploratoires en phase liquide ont étayé cette prédiction, montrant que la chimie de coordination du hassium à l’état d’oxydation +8 dans l’eau est réalisable dans des systèmes automatisés en ligne.

Comme le hassium est produit atome par atome, toute molécule d’impureté ou toute condensation préalable compromettrait la mesure. Le système de thermochromatographie fonctionne avec de l’hélium ultrap pur comme gaz vecteur, séché à l’aide de filtres refroidis à l’azote liquide. Les capillaires de quartz sont chauffés à plusieurs centaines de degrés pour éliminer les traces d’humidité avant l’expérience, afin que les molécules de HsO₄ puissent se déplacer librement sans se décomposer par physisorption prématurée avant d’atteindre la matrice du détecteur.

Chez les éléments superlourds, les noyaux se désintègrent généralement par fission en quelques millièmes de seconde. Cependant, le hassium-270 possède 108 protons et 162 neutrons, des nombres qui remplissent complètement certaines couches de particules dans un noyau légèrement aplati ou ellipsoïdal. Cette configuration particulière lui confère une stabilité inattendue, lui permettant de survivre plusieurs secondes avant d’émettre une particule alpha.

Le Centre de recherche sur les ions lourds (GSI) se trouve près de Darmstadt, dans le Land allemand de Hesse. Pour remercier le parlement régional de son soutien financier et institutionnel pendant des décennies de recherche atomique de pointe, les découvreurs ont choisi la forme latine « Hassia ». Cet hommage a inscrit la Hesse sur la carte universelle du tableau périodique, consolidant la place du laboratoire allemand parmi les grands centres mondiaux de synthèse des éléments superlourds.

Dans les années 1960, les modèles théoriques des physiciens Sven Gösta Nilsson et Zygmunt Sobiczewski ont prédit qu’autour du numéro atomique 108 et du nombre de neutrons 162 devait exister un « îlot intermédiaire de stabilité », dû aux déformations ellipsoïdales du noyau. Quatre décennies plus tard, la synthèse expérimentale du hassium-270 à Darmstadt a confirmé ces prédictions théoriques, montrant que les effets quantiques de couches empêchent l’effondrement immédiat des noyaux superlourds.