Nihonium

Pendant plus de deux siècles, tous les éléments du tableau périodique ont été découverts exclusivement en Europe, aux États-Unis ou en Russie. En 2015, l’IUPAC a officiellement attribué la découverte de l’élément 113 à l’équipe de l’institut japonais RIKEN. Baptisé « nihonium » (symbole Nh, d’après Nihon, « le pays du Soleil-Levant »), il a marqué une étape historique et un immense succès scientifique pour le Japon et l’ensemble du continent asiatique.

Chez les éléments plus légers du groupe 13, comme l’aluminium, l’état +3 est prédominant. Cependant, dans la période 7, les effets relativistes provoquent la contraction et la stabilisation de la sous-couche 7s² et divisent la sous-couche 7p. L’arrachement des deux électrons 7s nécessiterait une énergie considérable. Le nihonium perdrait donc préférentiellement son unique électron 7p₁/₂, ce qui lui conférerait une chimie monovalente (+1) très stable, comparable à celle du thallium ou de l’argent.

En physique des éléments superlourds, une preuve décisive consiste à observer le nouvel atome émettre successivement des particules alpha jusqu’à atteindre un nucléide déjà connu. Le troisième atome de nihonium obtenu au RIKEN en 2012 s’est désintégré par émission alpha six fois de suite, se transmutant en roentgenium, meitnérium, bohrium, dubnium et, finalement, en mendélévium-254. Cette chaîne ininterrompue a relié l’élément 113 à des nucléides bien répertoriés, levant les doutes sur son identification.

La section efficace de la réaction entre le zinc-70 et le bismuth était d’à peine trente femtobarns, soit une probabilité presque nulle. Maintenir un immense accélérateur linéaire en fonctionnement 24 heures sur 24 pendant des mois exigeait un contrôle thermique extrêmement précis de la cible de bismuth, qui fond à seulement 271 °C, ainsi qu’un vide d’une stabilité exceptionnelle. Le détecteur à semi-conducteurs devait enregistrer des millions de collisions parasites par seconde sans saturer, jusqu’à la capture de l’atome le 12 août 2012.

La création du nihonium est extrêmement improbable : très peu d’atomes sont produits, même après de longues expériences avec des accélérateurs. Pour confirmer une découverte, les scientifiques doivent enregistrer suffisamment de signaux de désintégration et démontrer qu’ils correspondent bien au nouvel élément, en excluant d’autres explications. Cette combinaison d’une production rarissime, d’une durée de vie très courte et de la nécessité de preuves solides a rendu la confirmation particulièrement longue.

Lors d’expériences menées à Dubna et au RIKEN, des atomes de nihonium-284 ont été transportés par un flux d’hélium au-dessus d’un ensemble de détecteurs au silicium recouverts d’or. Contrairement au copernicium volatil, l’atome de nihonium s’est déposé à des températures proches de la température ambiante, montrant qu’il forme une liaison d’adsorption métallique plus forte avec l’or. Ce résultat a confirmé que la participation d’un électron dans l’orbitale 7p permet de retrouver en partie une réactivité métallique typique.

Le nihonium appartient au groupe 13, sous le thallium et l’aluminium. Sa position dans le tableau périodique laisse prévoir un caractère métallique, mais ses électrons pourraient se comporter différemment en raison de sa masse atomique élevée. Les modèles prédisent qu’il ne ressemblera pas exactement à l’aluminium et que certaines de ses propriétés se rapprocheront de celles des métaux lourds. Les informations expérimentales restent limitées.